拱型波纹钢屋盖是由若干拱型单元板沿侧边经锁边相连而成。拱型单元板常用的截面形式有两大类:梯形和矩形截面。这两类截面的腹板和下翼缘都是由数量多、局部几何形状复杂且内部分布有大量残余应力的横向波纹构成的,均称之为小波纹板〔1～3〕。小波纹板的工作性能和破坏机理极其复杂,有关其拉伸和弯曲刚度的试验和理论研究非常有限。本文以国内常见的银河拱型波纹钢屋盖为研究对象,根据小波纹板的构造特点,把小波纹板简化为同样宽度和厚度的正交各向异性平曲板,对小波纹板进行小荷载作用下的非破坏性弯曲试验,得到了小波纹板两个方向的弯曲刚度和等效弯曲弹性模量,并与平板进行了比较〔4～7〕。1 小波纹板弯曲刚度的测试本试验以银河拱型波纹钢屋盖为研究对象,选择滚压成型的18m跨、拱高4.5m、板厚0.8mm的梯形截面(MMR-238)和30m跨、拱高7.5m、板厚1.2mm的矩形截面(MMR-178)拱型单元板(图1),分别沿拱纵向一定的长度全宽裁剪梯形和矩形截面的腹板和下翼缘作为弯曲试验试件。显然,试验实际反映的是整块小波纹板(包括腹板和下翼缘) 弯曲刚
图2为小波纹板弯曲刚度测试示意图〔4〕。小波纹板试件被切下后,被放置在圆钢筋做成的滚动支座上,荷载均匀加在板的中央,在小波纹板试件跨中和支座处沿横向设置2～3个百分表,在每级竖向荷载作用下读取百分表读数,减去支座沉降,并取平均值,即为该级荷载作用下板跨中的平均竖向挠度f,由于板的抗弯刚度很小,采用砝码或水吊挂加载。图2中,假设小波纹板被简化成同样宽度和厚度的正交各向异性平曲板,则沿X方向跨中荷载与挠度之间的关系可表示如下:
式中,Ex和Ix分别为小波纹试件板在X方向的等效弹性模量和等效惯性矩。小波纹板在Y方向也可做同样的简化。为了使试验具有可比性,未形成褶皱的腹板和下翼缘也按一定的尺寸切下,进行同样的弯曲试验。图3～图8反映的是各小波纹板试件两个方向及平板各级跨中荷载P和挠度f之间的关系曲线。这里需特别说明的是:实际各小波纹板试件的宽度B,厚度t和支座之间的测量标距L均不相同。为便于比较,在图3～图8中,把L、B和t全部统一取值(本文分别取1 000、1 200mm和1.0mm),集中荷载不变,而跨中位移在实测值的基础上根据L3/I作相应的线性变化。
从图3～图8中可以看出:1)在试验荷载不大时,小波纹板两方向的弯曲荷载-挠度曲线均接近直线,而直线斜率的倒数大小直接反映了小波纹板的等效抗弯刚度。2)无论是梯形还是矩形截面,小波纹板(腹板和下翼缘)两个方向的抗弯刚度与平板相比都有不同程度的提高。这一结果表明:波纹褶皱在两个方向都可以提高板的抗弯刚度。下翼缘和腹板X方向较平板的抗弯性能略有增加是因为板边界波纹形成的肋作用,加强了此方向的抗弯刚度。3)小波纹板中的波纹以横向(Y向)为主,因此与平钢板相比,此方向的弯曲荷载-挠度直线斜率的倒数大得多,说明抗弯刚度有大幅度提高。
