波纹腹板(1)

◇3.2.1 波纹钢板的尺寸设计
H
b/2 d b
nb+nd
d b/2
l
波纹钢板立面示意图 波纹钢板基本参数
序号 /mm /mm /mm /° /mm /mm /mm
SCW1 125 100
75 36.9 125
300 1350
SCW2 50
30
20 33.7 36
750
800
SCW3 80
30
20 33.7 36
正弦形波纹板
x
t
H
h/2 y
z
几何参数：h—波高 L=2λ，波长 t—厚度
三角形波纹板
几何参数：h—波高 L=2b，波长 t—厚度
矩形波纹板
几何参数：h—波高 L=2b，波长 t—厚度
二、波纹钢板的特点和应用
1.波纹钢板构件（结构）：
波纹腹板梁 波纹钢管 波纹拱等。
400x298 110k jpg
波纹钢板SCW3跨中截面处的应力相对于波纹钢板
的边缘截面要小，最大压应力只有11.25Mpa，位于钢板
的底部。
750
500 10kN
60kN
250
67kN
-12 -10 -8 -6 -4 -2 00 2 4 应力/MPa
图3-21 波纹钢板SCW3跨中应力变化曲线
由上图可见，随着荷载增加，同一高度处的应力在 增大。沿截面高度，底部应力最大，上部应力相对较小 。
SCW3的最大应力位于钢板的边缘处，最大压应力值 为78.45Mpa。
750
500 10kN
60kN
250
67kN
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 应力/MPa
图3-20 波纹钢板SCW3边缘应力变化曲线
由图3-20可看出，随着荷载的增加，同一高度处的应 力在增大。沿截面的高度，应力的变化呈增加减小交替变 化趋势。当荷载加到67kN时，截面下部的应力突变到最大 。
◇3.2.3 板的屈曲分析结果
试验所得的波纹钢板的挠度变化规律和有限元分析 结果基本相同。临界荷载值的对比详见下表。
波纹钢板临界荷载对比表
试件编号
SCW1 SCW2 SCW3
试验值/kN
98 92 67
ANSYS值/kN
106.423 100.994 73.435
误差
8.6% 9.9% 9.6%
4 梯形波纹钢腹板梁的试验研究 ◇ 4.1 试验概况
两榀模型梁设计成1.80m的单跨简支梁，两支座之间的 净距离为1.575m。波纹钢腹板梁编号为SCB1，平钢腹 板梁编号为SFB1。
◇ 4.2 截面尺寸设计
波纹梁腹板的厚度取1mm，翼缘的厚度取3mm，翼缘宽 度为120mm。
1 t=1mm
2 3 300
112.5
1
450
675
1800
3 450 2 112.5
(a)波纹钢腹板梁SCB1立面图
1
31°
116.6 2
120
1
2
62.5 100125100125100125100125100125100125100125100 62.5
1800
(b)波纹钢腹板梁SCB1平面图
3×260×40 t=1mm
3
260 306
40
30 60 330 120
(c)1-1剖面图
波纹腹板(1).ppt
一、钢板波纹类型 二、波纹钢板的特点和应用 三、波纹板及波纹腹板钢梁试验
一、钢板波纹类型
集装箱的启示
集装箱尺寸
40尺平底货柜: 内容积12.05米X2.12米X1.96米, 体积50立方米
看见没？侧板只有波纹钢板， 没有其他结构
集装箱的启示
省.......
一个集装箱能装载26T 的货物，
1×300×40 t=1mm
3 300306
120 3
(d)2-2剖面图
梯形波纹钢腹板梁试验室加载图
当荷载加到20kN时，支座处的应变突然增大，此处的加劲肋也发生了 弯曲。当荷载加到28kN时，支座处的加劲肋产生严重的变形，同时支 座处的腹板也产生了屈曲，终止加载。
波纹钢腹板梁和平钢板梁最大荷载对比表
节省：A1-A2=7000mm² 节省比率：7000/15000=47%
经济性不言而喻
制造成本
制造成本比平腹板H型钢增加 10%，但综合节约造价20%。
应用于厂房和物流仓库 创造更大空间 节省30%主梁用钢
三、波纹板及波纹腹板钢梁试验
1 波纹钢腹板梁的受力特点
波纹钢腹板梁腹板上的纵向应力基本为零，纵向应 力基本上由翼缘承担，而剪力则主要由波纹腹板承担。
SCW3达到临界状态时，钢板一侧边缘底部的板块 挠度由4.20mm突变到8.56mm，上部的挠度值反而减小 了将近1mm；跨中截面处底部的波纹板块挠度最大值 达到0.17mm；而上部的挠度值减小了将近0.3mm。
750
750
500
10kN
500
10kN
60kN
60kN
250
67kN 250
67kN
其侧面板采用波纹钢 板，厚度仅1.5mm
一、钢板波纹类型
波纹钢板就是将平钢板弯曲成波纹状的钢板。 根据波纹的形状，波纹钢板可以分为： （1）梯形波纹 （2）三角形波纹 （3）正弦波纹 （4）矩形波纹 （5）圆弧波纹
梯形波纹钢板截面示意图
t
c
h
x
α
b
d
b
d
几何参数：h—波高 α—弯折角度 L=2b+2d，波长 t—厚度
0
50
应力/MPa
100 150
图3-11 波纹钢板SCW1边缘应力变化曲线
从图3-11可看出，在荷载很小时，应力很小，而随 着荷载的增加，同一高度处的应力在增大。沿截面的高 度，应力的变化是先减小，后又反向增加，最后又减小 。应力的分布和变化情况与四边简支的单板在单向均匀 受压情况相似。
波纹钢板SCW2达到临界状态时，钢板边缘处最大 挠度达到9.88mm，跨中截面处最大挠度达到了3.50mm 。SCW2边缘和跨中截面的变形沿截面高度变化曲线如 图3-14和图3-15所示。
100
96kN
100
96kN
50
50
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 挠度/mm
图3-9 波纹钢板SCW1边缘变形图
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 挠度/mm
图3-10 波纹钢板SCW1跨中变形图
300
250
200
5kN
150
30kN
85kN
100
98kN
50
-150 -100 -50
(a)局部屈曲
(b)整体屈曲
(c)合成屈曲
3 梯形波纹钢板的抗剪试验研究
◇ 3.1 试验概况
波纹钢腹板轴心压屈试验中选取3块波纹钢板，编 号分别为SCW1、SCW2和SCW3。
◇ 3.2 截面尺寸设计
截面尺寸设计时，考虑到弯折波纹钢板的数控机 床的加工能力，波纹钢板的厚度不能取得太厚，因此 将波纹钢板厚度取为1mm。
屋架波纹板主梁
工程应用
建成的实桥大多是采用箱型截面，两片波纹钢腹板竖直 或倾斜放置，翼缘采用混凝土。
图1-3 长征桥
图1-4 鄄城黄河公路大桥
波纹腹板钢梁是否省钢？造价是否低 以H型钢为例：
梁的抗弯惯性矩
ü梁的抗弯惯性矩与 高度平方成正比 ü翼缘对截面惯性矩 的贡献是腹板的六倍
平腹板H型钢腹板厚度
0 0 2 4 6 8 10 挠度/mm
图3-18 波纹钢板SCW3边缘变形图
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 挠度/mm
图3-19 波纹钢板SCW3跨中变形图
从图3-18可以看出，波纹钢板SCW3边缘处的钢板变 形为整体屈曲，下部的变形很大，上部的变形相对较小 。而从图3-19可以看出，SCW3跨中截面处的钢板在荷载 较小时的变形为整体向同一个方向挠曲，随着荷载的增
t≤1/80H
梁越高，腹板占用钢比例越大
比如500高的梁，200*8的翼缘，6mm的腹板，腹板用 钢将近一半。
翼缘面积=200*8*2=3200mm²
腹板面积=500*6=3000mm²
腹板占截面比例=3000/(3200+3000) =48%
波纹腹板厚度可以取 梁高的1/500
t=1/500H
波纹钢腹板的弹性模量
钢板沿轴向的实际弹性模量是很低的，实际分析时 可以用等效弹性模量来代替。
可简化为： 一般为 的1/600~1/1000 ，低弹性模量使波纹钢
腹板基本上不具有抗弯能力，实际设计中，一般忽略 波纹钢腹板的抗弯能力。
2 梯形波纹钢腹板的抗剪行为研究
由于主梁的剪力完全由腹板承担，因此波纹钢腹板 梁的抗剪计算可以通过对波纹钢腹板的剪应力强度校核 来进行。计算中首先要确保在极限荷载作用下腹板上的 剪应力不超过材料的剪切屈服荷载。梯形波纹钢腹板的 剪切屈曲有三种模式，即局部屈曲、整体屈曲、合成屈 曲。
3.波纹钢腹板梁的应用
波纹钢腹板梁从截面上分为两种：一种是H形截面，此时一片波纹 腹板竖直放置。另一种是箱型截面，此时两片波纹腹板常倾斜放置。
用于单层、多层或高层楼房、大剧院、大厅、厂房、仓 库、运动场馆、桥梁等的建设，既可用于建造横梁、立柱 及盖顶结构、轨道立柱、高架桥支架和立柱、磁悬浮车辆 轨道的支架，还可以用于机械设备台架结构、车辆、船舶 及海洋石油钻采平台结构的制作等方面
SCW2的屈曲表现为整体屈曲。
SCW2的最大应力位于钢板的边缘处，最大值达到
了101.18Mpa。
750
500
10kN
30kN
250
92kN
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 应力/MPa
图3-16 波纹钢板SCW2边缘应力变化曲线
从上图可看出随荷载增加，同一高度处应力在增大 。
750
880
◇3.2.2 波纹钢板的试验分析
波纹钢板SCW1达到临界状态时，边缘处上半部挠度 最大值为3.46mm，下半部最大值为2.05mm，跨中截面上 半部挠度最大值为0.84mm，下半部最大值为1.34mm。
300
300
250
250
200
5kN
200
5kN
150
30kN 85kN
150
30kN 85kN
普通H型钢和“波纹H型钢”对比
平腹板H型钢
波纹腹板H型钢
A1=(200*10*2)+(450*6)=6700mm² A2=(200*10*2)+(500*2)=5000mm²
节省：A1-A2=1700mm² 节省比率：1700/6700=26%
经济性不言而喻
平腹板H型钢
波纹腹板H型钢
A1=(250*12*2)+(900*10)=15000mm² A2=(250*12*2)+(1000*3)=8000mm²
加，波纹钢板产生了明显的向上部和下部两个相反方向 的鼓曲。
对于SCW3而言，不论是边缘截面还是跨中截面处 的钢板，变形都不是很规则，破坏时钢板一侧边缘及跨
中附近截面突然产生不可逆转的塑性变形现象与合成屈
曲很相似，剪切合成屈曲典型的破坏现象是沿弯折线产 生突然不可逆转的塑性变形，而SCW3的塑性变形是垂 直于弯折线，这与SCW3试件处于轴心受压状态是相吻 合的。最终SCW3的破坏模式可以认为是合成屈曲。
2、波纹钢腹板梁的特点
（1）波纹钢腹板梁的优点
承载力高，刚性高，单位重量低相结合的特点， 提高了结构的稳定性及材料的使用效率。 运输和吊装方便，施工工期短，效率高，经济效 益显著。 使用波纹钢腹板，可使腹板厚度减薄而无需加劲 肋防止局部屈曲发生。
（2）缺点
制作成本较高； 抗扭刚度低； 在横向较易产生变形； 破坏比较突然。
750
750
500
500 10kN
10kN
3Байду номын сангаасkN
30kN
250
92kN 250
92kN
0 2 4 6 8 10 12 挠度/mm
图3-14 波纹钢板SCW2边缘变形图
0
1
2
3
4
挠度/mm
图3-15 波纹钢板SCW2跨中变形图
从图3-14和3-15可以看出，SCW2边缘和跨中截面处
的钢板均整体向一个方向侧挠，由此可以确定波纹钢板
试件编号 试验值/kN ANSYS值/kN 误差
SCB1
28
SFB1
24
42.906 31.827
50% 20%
通过ANSYS分析可知，波纹钢腹板梁的承载力比平钢腹 板梁提高了近1.4倍，大于试验所得的1.2倍，更接近于 实际情况。