一種波形鋼板?混凝土組合結構及其計算機控制成型方法技術

本發明專利技術涉及一種波形鋼板混凝土組合結構及其計算機控制成型方法，該結構體系可用于多高層結構的墻肢結構中，屬于建筑結構技術領域。所述波形鋼板混凝土組合結構由兩塊對稱放置的波形鋼板、內填混凝土、鋼管混凝土邊柱以及連接兩塊波形鋼板的高強螺栓組成，其結構布置型式包括一字型、L型、T型、Z型或十字型，所述波形鋼板包括梯形波折型式、矩形波折型式、三角形波折型式和波浪型式；本發明專利技術涉及的計算機控制沖壓成型方法，包括下料系統、制模系統、沖壓系統、拼裝系統和焊接系統。本發明專利技術是一類經濟、高效的墻肢結構，具有承載力高、節約材料的優點，計算機控制沖壓成型方法可實現波形鋼板的批量標準化生產，對發展裝配式建筑具有促進作用。

【技術實現步驟摘要】
一種波形鋼板-混凝土組合結構及其計算機控制成型方法
本專利技術涉及一種波形鋼板-混凝土組合結構及其計算機控制成型方法，該結構體系應用于多高層結構中的墻肢結構當中，屬于建筑結構

技術介紹
(1)、墻肢結構的應用墻肢結構是一種剪力墻結構體系，廣泛應用于多高層結構中，特別在住宅結構體系中，其帶來的戶型布置的靈活性深受建筑師青睞，可以避免住宅建筑中采用框架結構出現的梁柱與墻體寬度不一致而帶來的露梁露柱現象，也可以克服梁柱節點暴露于室內空間而影響使用和觀感的問題。特別地，避免了鋼框架結構中設置支撐給開設門窗洞及填充墻施工帶來的困難。因此，對墻肢結構的創新發展對促進住宅產業化、建筑工業化以及建筑裝配化有重要意義。(2)、墻肢結構的發展混凝土墻肢結構最早應用于多層和高層建筑結構，目前這一結構型式還在廣泛應用，但由于混凝土受拉強度較低，在外荷載作用下容易開裂，致使混凝土墻肢結構延性較差。同時，混凝土存在現場濕作業澆筑，需要模板支護，施工措施費用較高，也不符合工業化生產以及裝配建筑的發展方向。因此，人們開始尋求新的高性能墻肢結構型式。鋼板-混凝土組合墻肢結構是繼混凝土墻肢結構之后發展起來的，多采用平鋼板包裹混凝土或者混凝土包裹鋼板兩種情況。對于平鋼板包裹混凝土的組合結構，要在鋼板內側設置栓釘以保證混凝土與鋼板二者協調工作。但是，二者的約束作用不是很理想，混凝土開裂或破壞后會失去對鋼板的約束作用，平鋼板也因為失去約束而很快會失去承載力，整體墻肢會也因此而喪失承載力以及延性。施工方面，在混凝土澆筑過程中，外側鋼板本身不可能抵抗混凝土產生的澆灌推力，因而必須設置附加支撐結構以保證鋼板在澆筑過程中的穩定性。混凝土包裹鋼板的墻肢結構在高層混合結構中作為核心筒的內置鋼板有廣泛應用，可以有效提高核心筒的承載力和延性。但二者的相互作用表現不佳，如當外側混凝土在外力作用下開裂破碎后，沒有約束的鋼板也會很快喪失穩定性。在混凝土澆筑時要設置模板，施工措施復雜而且費工費時，因此，目前在墻肢結構中應用不多。近年來，另一類型鋼-混凝土墻肢結構得到了長足的發展，采用一連串的熱軋H型鋼或槽型鋼或L形鋼組合焊接后內灌混凝土的方式構成。這一類型的墻肢結構雖然有利于工業化生產，但是焊接量較大，不僅增加了施工成本和施工工期，而且結構在焊接后的殘余應力和殘余變形問題突出。更重要的是，焊接形成的焊縫以及熱影響區的材質變脆使得結構在往復荷載作用下易于產生脆性斷裂，特別在寒冷地區，這一問題非常突出。(3)、波形鋼板壓制成型方法及計算機輔助控制技術建筑工程中應用的波形鋼板有多種型式，主要應用于工業廠房的屋面和墻面圍護結構，采用厚度不大于1.5mm的冷軋鋼板制作。目前對這類薄鋼板的壓制成型方法多采用輥軋方式，設置多組滾輪逐步滾壓成型到設計要求的外形及尺寸。對于應用在墻肢結構的波形鋼板，其厚度一般在4mm-30mm之間，此時鋼板要承擔較大的荷載，如仍采用上述多組滾輪逐步壓制成型方法則需要特別大噸位及大功率的輥扎設備，同時也將大大降低壓制成型效率，因而需要尋求新的壓制成型方法及控制技術。對于用于墻肢結構采用的波形鋼板，其壓制與組裝過程包括波形鋼板的壓制、波形鋼板的組裝定位、螺栓穿孔、螺栓擰緊、邊柱焊接和端部封板焊接等作業，目前還沒有看到這一過程通過采用計算機輔助控制成型技術在全自動化生產線上實現。
技術實現思路
為解決現有技術中存在的上述問題，本專利技術提出一種波形鋼板-混凝土組合結構及計算機控制成型方法。1、一種波形鋼板-混凝土組合結構，其特征在于，所述波形鋼板-混凝土組合結構由兩塊對稱放置的波形鋼板、內填混凝土、邊柱以及連接兩塊波形鋼板的高強螺栓組成，其結構布置型式包括一字型、L型、T型、Z型或十字型；所述邊柱包括方鋼管型式、H型鋼型式或槽型鋼型式；所述波形鋼板包括梯形波折型式、矩形波折型式、三角形波折型式或波浪型式；所述兩塊波形鋼板通過在其波谷位置設置安裝孔供螺桿穿過以實現其連接，所述安裝孔沿高度方向均勻布置；所述波形鋼板的連接型式包括葫蘆型孔連接形式、鑰匙型孔連接形式、膨脹自鎖連接形式或高強螺栓連接形式。2、所述葫蘆型孔連接形式為，在波形鋼板上設置葫蘆型安裝孔，其中葫蘆型孔的大孔在上、小孔在下，安裝過程如下：步驟2.1，將圓柱形螺桿和圓形限位套管通過大孔插入葫蘆型安裝孔；步驟2.2，將圓柱形螺桿下落至葫蘆型孔洞的小孔端，通過圓形限位套管實現對波形鋼板的限位；步驟2.3，在圓柱形螺桿兩端加墊圈和螺母，擰緊螺母以施加預緊力。3、所述鑰匙型孔連接形式為，在波形鋼板上設置鑰匙型安裝孔，其中型孔的大孔在下、小孔在上，安裝過程如下：步驟3.1，將帶限位卡的螺桿插入鑰匙型安裝孔，此時螺桿上限位卡位于上端；步驟3.2，將帶限位卡的螺桿繞其軸線旋轉180°，此時螺桿上限位卡位于下端，通過限位卡可實現對波形鋼板的限位；步驟3.3，在帶限位卡的螺桿兩端加墊圈和螺母，擰緊螺母以施加預緊力。4、所述膨脹自鎖連接形式為，在波形鋼板上設置圓形安裝孔，采用中部帶螺紋的金屬膨脹套管和連在其兩端的變截面螺桿實現連接，所述金屬膨脹套管兩端沿軸向設有縫隙，安裝過程如下：步驟4.1，將金屬膨脹套管和連在其兩端的變截面螺桿插入圓形安裝孔；步驟4.2，在兩端變截面螺桿加墊圈和螺母，擰緊螺母以施加預緊力，隨著螺桿的擰入，螺桿從內部擠壓金屬膨脹套管的側壁，金屬膨脹套管兩個端部截面擴大從而實現對波形鋼板的限位。5、所述高強螺栓連接形式為，在波形鋼板上設置圓形安裝孔，采用內螺紋套管和連在其兩端的高強螺栓，安裝過程如下：步驟5.1，將內螺紋套管緊貼一側的波形鋼板，并擰入其中一側的高強螺栓；步驟5.2，將另一個波形鋼板蓋上，并擰入另一側的高強螺栓。6、一種波形鋼板-混凝土組合結構的計算機控制成型方法，其特征在于，所述計算機控制成型方法包括下料系統、制模系統、沖壓系統、拼裝系統和焊接系統，其成型過程如下：6.1、下料系統下料系統包括下料計算模塊和下料機；與下料系統相關的成型過程如下：步驟6.1.1，輸入板件幾何參數，包括：板高度h，兩板間距b，豎向螺栓距離d，波谷個數n，波谷寬度l0，波幅a；步驟6.1.2，選定板型，輸入與之對應的板型參數；步驟6.1.3，通過下料計算模塊計算，獲得下料板件尺寸：寬度h，長度s；步驟6.1.4，通過下料機完成波形鋼板1和波形鋼板2的平板下料。6.2、制模系統制模系統包括模具計算模塊和模具成型機；與制模系統相關的成型過程如下：步驟6.2.1，通過模具計算模塊，根據板件幾何參數計算得到模具形函數m(x)；步驟6.2.2，通過模具成型機，根據模具形函數m(x)成型模具。6.3、沖壓系統沖壓系統包括螺孔定位模塊、沖壓車床和滑輪轉運機；與沖壓系統相關的成型過程如下：步驟6.3.1，通過螺孔定位模塊，根據板件幾何參數計算得到安裝孔個數及安裝孔位置坐標；步驟6.3.2，通過沖壓車床，根據安裝孔位置坐標，利用模具將波形鋼板1和波形鋼板2沖壓成型；步驟6.3.3，通過滑輪轉運機將成型的波形鋼板1和波形鋼板2轉運至拼裝系統。6.4、拼裝系統拼裝系統包括磁力機械手、激光對正系統和螺栓安裝系統；與拼裝系統相關的成型過程如下：步驟6.4.1，通過磁力機械手，吸附波形鋼板2并進行翻轉；步驟6.4.2，通過激本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種波形鋼板?混凝土組合結構，其特征在于，所述波形鋼板?混凝土組合結構由兩塊對稱放置的波形鋼板、內填混凝土、邊柱以及連接兩塊波形鋼板的高強螺栓組成，其結構布置型式包括一字型、L型、T型、Z型或十字型；所述邊柱包括方鋼管型式、H型鋼型式或槽型鋼型式；所述波形鋼板包括梯形波折型式、矩形波折型式、三角形波折型式或波浪型式；所述兩塊波形鋼板通過在其波谷位置設置安裝孔供螺桿穿過以實現其連接，所述安裝孔沿高度方向均勻布置；所述波形鋼板的連接型式包括葫蘆型孔連接形式、鑰匙型孔連接形式、膨脹自鎖連接形式或高強螺栓連接形式。

【技術特征摘要】
1.一種波形鋼板-混凝土組合結構，其特征在于，所述波形鋼板-混凝土組合結構由兩塊對稱放置的波形鋼板、內填混凝土、邊柱以及連接兩塊波形鋼板的高強螺栓組成，其結構布置型式包括一字型、L型、T型、Z型或十字型；所述邊柱包括方鋼管型式、H型鋼型式或槽型鋼型式；所述波形鋼板包括梯形波折型式、矩形波折型式、三角形波折型式或波浪型式；所述兩塊波形鋼板通過在其波谷位置設置安裝孔供螺桿穿過以實現其連接，所述安裝孔沿高度方向均勻布置；所述波形鋼板的連接型式包括葫蘆型孔連接形式、鑰匙型孔連接形式、膨脹自鎖連接形式或高強螺栓連接形式。2.按照權利要求1所述的波形鋼板-混凝土組合結構，其特征在于，所述葫蘆型孔連接形式為，在波形鋼板上設置葫蘆型安裝孔，其中葫蘆型孔的大孔在上、小孔在下，安裝過程如下：步驟2.1，將圓柱形螺桿和圓形限位套管通過大孔插入葫蘆型安裝孔；步驟2.2，將圓柱形螺桿下落至葫蘆型孔洞的小孔端，通過圓形限位套管實現對波形鋼板的限位；步驟2.3，在圓柱形螺桿兩端加墊圈和螺母，擰緊螺母以施加預緊力。3.按照權利要求1所述的波形鋼板-混凝土組合結構，其特征在于，所述鑰匙型孔連接形式為，在波形鋼板上設置鑰匙型安裝孔，其中型孔的大孔在下、小孔在上，安裝過程如下：步驟3.1，將帶限位卡的螺桿插入鑰匙型安裝孔，此時螺桿上限位卡位于上端；步驟3.2，將帶限位卡的螺桿繞其軸線旋轉180°，此時螺桿上限位卡位于下端，通過限位卡可實現對波形鋼板的限位；步驟3.3，在帶限位卡的螺桿兩端加墊圈和螺母，擰緊螺母以施加預緊力。4.按照權利要求1所述的波形鋼板-混凝土組合結構，其特征在于，所述膨脹自鎖連接形式為，在波形鋼板上設置圓形安裝孔，采用中部帶螺紋的金屬膨脹套管和連在其兩端的變截面螺桿實現連接，所述金屬膨脹套管兩端沿軸向設有縫隙，安裝過程如下：步驟4.1，將金屬膨脹套管和連在其兩端的變截面螺桿插入圓形安裝孔；步驟4.2，在兩端變截面螺桿加墊圈和螺母，擰緊螺母以施加預緊力，隨著螺桿的擰入，螺桿從內部擠壓金屬膨脹套管的側壁，金屬膨脹套管兩個端部截面擴大從而實現對波形鋼板的限位。5.按照權利要求1所述的波形鋼板-混凝土組合結構，其特征在于，所述高強螺栓連接形式為，在波形鋼板上設置圓形安裝孔，采用內螺紋套管和連在其兩端的高強螺栓，安裝過程如下：步驟5.1，將內螺紋套管緊貼一側的波形鋼板，并擰入其中一側的高強螺栓；步驟5.2，將另一個波形鋼板蓋上，并擰入另一側的高強螺栓。6.一種波形鋼板-混凝土組合結構的計算機控制成型方法，其特征在于，所述計算機控制成型方法包括下料系統、制模系統、沖壓系統、拼裝系統和焊接系統，其成型過程如下：結構6.1下料系統下料系統包括下料計算模塊和下料機；與下料系統相關的成型過程如下：步驟6.1.1，輸入板件幾何參數，包括：板高度h，兩板間距b，豎向螺栓距離d，波谷個數n，波谷寬度l0，波幅a；步驟6.1.2，選定板型，輸入與之對應的板型參數；步驟6.1.3，通過下料計算模塊計算，獲得下料板件尺寸：寬度h，長度s；步驟6.1.4，通過下料機完成波形鋼板1和波形鋼板2的平板下料。結構6.2制模系統制模系統包括模具計算模塊和模具成型機；與制模系統相關的成型過程如下：步驟6.2.1，通過模具計算模塊，根據板件幾何參數計算得到模具形函數m(x)；步驟6.2.2，通過模具成型機，根據模具形函數m(x)成型模具。結構6.3沖壓系統沖壓系統包括螺孔定位模塊、沖壓車床和滑輪轉運機；與沖壓系統相關的成型過程如下：步驟6.3.1，通過螺孔定位模塊，根據板件幾何參數計算得到安裝孔個數及安裝孔位置坐標；步驟6.3.2，通過沖壓車床，根據安裝孔位置坐標，利用模具將波形鋼板1和波形鋼板2沖壓成型；步驟6.3.3，通過滑輪轉運機將成型的波形鋼板1和波形鋼板2轉運至拼裝系統。結構6.4拼裝系統拼裝系統包括磁力機械手、激光對正系統和螺栓安裝系統；與拼裝系統相關的成型過程如下：步驟6.4.1，通過磁力機械手，吸附波形鋼板2并進行翻轉；步驟6.4.2，通過激光對正系統，將波形鋼板1和波形鋼板2對齊并且保證平行間距為b；步驟6.4.3，通過螺栓安裝系統，根據螺栓數量和螺栓坐標實現螺栓的轉運、安裝和預緊力施加；步驟6.4.4，轉運鋼管混凝土邊柱并與波形鋼板體系對正拼裝。結構6.5焊接系統焊接系統包括掃描機械手和自動焊槍；與焊接系統相關的成型過程如下：步驟6.5.1，通過掃描機械手掃描波形鋼板與邊柱之間的焊接路徑；步驟6.5.2，通過自動焊槍實現焊接；步驟6.5.3，通過磁力機械手對鋼板和邊柱體系進行吸附并翻轉；步驟6.5.4，再次通過掃描機械手掃描焊接路徑，并通過自動焊槍實現另一面的焊接，最終完成帶邊柱的波形鋼板體系成型。7.按照權利要求6所述的計算機控制成型方法，其特征在于，利用所述下料計算模塊進行下料尺寸的計算，其計算過程如下：步驟7.1，輸入板件幾何參數，包括：板高度h，波谷個數n，波谷寬度l0，波幅a...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王宇偉，李志安，郭一惠，王海山，費建偉，王再勝，張可，王俊杰，劉繼虎，沈海英，李嘯天，
申請(專利權)人：浙江中南建設集團鋼結構有限公司，北京智慧建科科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33