CN102995756B - 矩形钢管混凝土柱-箱梁全螺栓连接节点及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑结构工程技术领域，涉及一种矩形钢管混凝土柱箱梁全螺栓连接节点，包括矩形钢管混凝土柱、箱梁、上、下贯通隔板、下盖板、多个高强螺栓、多块连接板和两块剪力板。上、下贯通隔板贯穿矩形钢管混凝土柱壁并与矩形钢管混凝土柱的钢管柱壁四周焊接；箱梁的两块腹板分别通过一块剪力板与矩形钢管混凝土柱剖口焊接在一起；箱梁的上翼缘与上贯通隔板通过设置在箱梁内部的连接板用高强螺栓连接；箱梁的两块腹板和两块剪力板分别通过设置在箱梁内部的连接板用高强螺栓连接；下盖板的一端与箱梁的下翼缘及其另一端与下贯通隔板的下翼缘之间均通过连接板连接。本发明同时提供上述节点的施工方法。本发明具有方便快捷，易于实现的优点。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构工程技术领域，涉及一种钢管混凝土柱－箱梁连接节点。
背景技术
组成钢框架结构的框架柱截面通常采用H型钢截面或箱形截面。使用H型钢截面的框架柱，由于H型钢在截面性能上有强、弱轴惯性矩之分，因此H型钢的方位，宜使其强轴对应与柱弯矩较大的方向，或者对应与柱的计算长度较大的方向。而由四块钢板焊接而成的箱形截面柱由于在两个主轴方向上的惯性轴相等，没有强轴和弱轴之分，使其尤其适合在两个方向弯距相差不大时或在地震条件下采用，再加上箱形柱便于涂刷防火涂料和外包装修，箱形柱在多高层钢结构中得到越来越广泛地使用。
在箱形柱中填充混凝土，即构成矩形钢管混凝土柱。矩形钢管混凝土柱能充分发挥钢材和混凝土各自的优势，钢管约束了内部混凝土的变形，提高了混凝土的承载能力；混凝土防止了钢管的局部屈曲。在施工阶段，钢管还可以作为混凝土浇筑的模版，节约了成本，缩短了工期。
框架梁截面通常采用H型钢截面。但是当框架梁本身承受较大的平面外荷载或者扭矩作用时，H型钢在截面性能上有强、弱轴惯性矩之分的缺点就会凸显出来；同时现代建筑为了满足建筑造型的要求，梁的截面形状本身成为一种造型的需要，这时使用H型钢就不能满足建筑美感的要求。箱形截面梁就以其具有更好的扭转性能、更好的抗腐蚀性能、更轻巧美观的外观等优点饱受广大设计人员的青睐。
目前，对框架结构的研究，大多集中在矩形钢管混凝土柱－H型钢梁节点，而实际应用中，又以栓焊混合节点为主。但1994年的美国北岭地震和1995年的日本阪神地震中，多高层钢结构建筑的许多连接节点出现了脆性破坏，破坏的位置在梁端焊接部位、柱端焊接部位、梁柱节点的节点板处等。分析原因是由于当时设计中只考虑了在梁上形成塑性铰达到吸收和耗散地震的目的，而忽视了节点域存在的应力集中和截面削弱对节点承载能力的影响，以及焊缝质量难以保证。
箱形截面梁的研究还处于起步阶段，其与矩形钢管混凝土柱的连接节点形式还没有成熟，尚未纳入钢结构规范。
目前，国内仅《多、高层民用建筑钢结构节点构造图集》01SG5192004版中给出了一种推荐节点构造，如图1所示，该节点为栓焊混接形式，采用内隔板式节点，包括矩形钢管混凝土柱1，箱梁2，腹板连接板7－1，短箱梁9，上内隔板10，下内隔板11，上盖板12，其具体施工方式为：
1将上内隔板10、下内隔板11与矩形钢管混凝土柱1在工厂通过电渣焊连接，将短箱梁9与矩形钢管混凝土柱1在工厂通过对接焊缝连接。
2将箱梁2两侧腹板与短箱梁9两侧腹板在现场分别通过腹板连接板7－1用高强螺栓连接。
3将箱梁2下翼缘与短箱梁9下翼缘通过对接焊缝连接。
4将上盖板12与短箱梁9通过对接焊缝连接。
5将上盖板12与箱梁2通过对接焊缝连接。
该节点存在如下缺点：
1该节点采用内隔板形式，柱壁内侧与内隔板焊接，柱壁外侧与短箱梁焊接，柱壁同一位置存在多次施焊现象，对柱壁造成削弱，使柱壁产生极大的焊接残余应力，美国北岭地震和日本阪神地震表明，在地震作用下，内隔板与柱壁连接处极易发生撕裂破坏，影响节点性能的发挥。
2)该节点包含三条现场焊缝(短箱梁上翼缘与上盖板焊缝，箱梁上翼缘与上盖板焊缝，箱梁下翼缘与短箱梁下翼缘焊缝)，一方面增加了人工费用，延长了施工周期，另一方面，焊接质量受多方面因素(焊工技术、周围环境、焊条质量等)影响，使焊缝连接处容易形成薄弱部位。
为此，一方面，需要避免内隔板的使用，另一方面，需要提出一种矩形钢管混凝土柱－箱型梁全螺栓连接节点，以保证节点良好的抗震性能。
从结构设计的原理上讲，利用连接板，并通过高强螺栓连接，是建筑结构工程领域螺栓连接的常用形式。但由于箱型梁的封闭式构造，如何能够实现封闭式结构的最后一块连接板的螺栓连接，至关重要。因此，本发明的重点是：提出一种全螺栓连接节点构造，并提出其合理的施工方法，解决全螺栓连接施工上的困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够实现矩形钢管混凝土柱－箱梁全螺栓连接的连接节点及施工方法。本发明提供的节点及施工方法，方便快捷，易于实现，能有效解决在箱型梁全螺栓连接的施工过程中，最后一块板如何封闭的难题。本发明的技术方案如下：
一种矩形钢管混凝土柱－箱梁全螺栓连接节点，包括矩形钢管混凝土柱(1)、箱梁(2)、上贯通隔板(3)，下贯通隔板(4)，下盖板(5)，多个高强螺栓，多块连接板，两块剪力板(8)，其中，上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)贯穿矩形钢管混凝土柱(1)柱壁，并与矩形钢管混凝土柱(1)的钢管柱壁四周用剖口焊缝连接；箱梁(2)的两块腹板分别通过一块剪力板(8)与矩形钢管混凝土柱(1)剖口焊接在一起；箱梁(2)的上翼缘与上贯通隔板(3)通过设置在箱梁(2)内部的连接板(7－2)用高强螺栓连接；箱梁(2)的两块腹板和两块剪力板(8)分别通过设置在箱梁(2)内部的连接板(7－1)用高强螺栓连接；下盖板(5)的一端与箱梁(2)的下翼缘通过连接板(7－3)用高强螺栓连接，下盖板(5)的另一端与下贯通隔板(4)的下翼缘通过连接板(7－4)用高强螺栓连接。
所述的节点的施工方法如下：
1)将矩形钢管混凝土柱(1)，连同上贯通隔板(3)，下贯通隔板(4)和剪力板(8)各自加工完后，作为一个整体柱构件定位安装好。
2)吊装箱梁(2)并定位，使箱梁(2)腹板与剪力板(8)通过第一连接板(7－1)用高强螺栓连接。
3)将箱梁(2)上翼缘与上贯通隔板(3)通过第二连接板(7－2)用高强螺栓连接。
4)将箱梁(2)下翼缘与第三连接板(7－3)用高强螺栓连接，在第三连接板(7－3)的另一端的螺栓孔处插入高强螺栓的螺杆。
5)将下贯通隔板(4)与第四连接板(7－4)的一端用高强螺栓连接，在第四连接板(7－4)的另一端的螺栓孔处插入高强螺栓的螺杆。
6)将下盖板(5)定位，将插入第三连接板(7－3)和第四连接板(7－4)的高强螺栓的螺杆分别穿过下盖板(5)的螺栓孔，拧紧高强螺栓的螺母。
本发明提供的节点及施工方法，具有下面的优点：
1)该节点通过贯通隔板的设置，避免了对矩形钢管混凝土柱壁的削弱，达到了塑性铰外移的抗震要求。
2)该节点通过全螺栓连接构造，形成了装配化施工技术，避免了现场大量人力物力，保证了节点的抗震性能，缩短了施工周期。
3)该节点构造简单，传力明确，有效防止焊接带来的应力集中，提供良好的抗震性能；
4)该节点施工技术方便快捷，易于实现，能有效解决在箱型梁全螺栓连接的施工过程中，最后一块板如何封闭的难题。
5)采用贯通隔板，可实现塑性铰外移的要求，使箱梁的破坏先于节点的破坏，保证了节点的安全可靠，达到了“强节点，弱构件”的抗震设防要求，满足结构承载能力和正常使用的要求。
附图说明
图1图集推荐节点形式。
图2为本发明的平面截面示意图。
图3为图1中A－A剖面示意图。
图4为图1中B－B剖面示意图。
图5为图1中C－C剖面示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种矩形钢管混凝土柱－箱梁全螺栓连接节点，其特征在于，包括矩形钢管混凝土柱1、箱梁2、上贯通隔板3，下贯通隔板4，下盖板5，高强螺栓6，连接板，剪力板8，由以下方式组成：
上贯通隔板3和下贯通隔板4贯穿矩形钢管混凝土柱1柱壁，并与矩形钢管混凝土柱1的钢管柱壁四周用剖口焊缝连接。在矩形钢管混凝土柱1与箱梁2腹板对应的位置，用剖口焊缝连接两块剪力板8。箱梁2的上翼缘与上贯通隔板3通过一块设置在箱梁2内部的连接板7－2用高强螺栓6连接，箱梁2的两块腹板和两块剪力板8分别通过设置在箱梁2内部的连接板7－1用高强螺栓6连接，下盖板5的一侧与箱梁2的下翼缘通过连接板7－3用高强螺栓6连接，下盖板5的另一侧与下贯通隔板4的下翼缘通过连接板7－4用高强螺栓6连接。
本发明的施工方法如下：
1矩形钢管混凝土柱1，连同上贯通隔板3，下贯通隔板4和剪力板8，在工厂加工完成后，在现场作为一个整体柱构件定位安装好。
2吊装箱梁2并定位，使箱梁2腹板与剪力板8通过连接板7－1用高强螺栓6连接。
3将箱梁2上翼缘与上贯通隔板3通过连接板7－2用高强螺栓6连接。
4将箱梁2下翼缘与连接板7－3用高强螺栓6连接，在连接板7－3另一侧的螺栓孔处插入高强螺栓6的螺杆。
5将下贯通隔板4与连接板7－4用高强螺栓6连接，在连接板7－4另一侧的螺栓孔处插入高强螺栓6的螺杆。
6将下盖板5定位，使步骤4中连接板7－3和步骤5中连接板7－4的高强螺栓6的螺杆穿过下盖板5的螺栓孔，拧紧高强螺栓6的螺母。
Claims (2)
1.一种矩形钢管混凝土柱-箱梁全螺栓连接节点，包括矩形钢管混凝土柱(1)、箱梁(2)、上贯通隔板(3)、下贯通隔板(4)、下盖板(5)、多个高强螺栓、多块连接板、两块剪力板(8)，其中，上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)贯穿矩形钢管混凝土柱(1)柱壁，并与矩形钢管混凝土柱(1)的钢管柱壁四周用剖口焊缝连接；箱梁(2)的两块腹板分别通过一块剪力板(8)与矩形钢管混凝土柱(1)剖口焊接在一起；箱梁(2)的上翼缘与上贯通隔板(3)通过设置在箱梁(2)内部的连接板(7-2)用高强螺栓连接；箱梁(2)的两块腹板和两块剪力板(8)分别通过设置在箱梁(2)内部的连接板(7-1)用高强螺栓连接；下盖板(5)的一端与箱梁(2)的下翼缘通过连接板(7-3)用高强螺栓连接，下盖板(5)的另一端与下贯通隔板(4)的下翼缘通过连接板(7-4)用高强螺栓连接。
2.一种权利要求1所述的节点的施工方法，如下：
1)将矩形钢管混凝土柱(1)，连同上贯通隔板(3)，下贯通隔板(4)和剪力板(8)各自加工完后，作为一个整体柱构件定位安装好；
2)吊装箱梁(2)并定位，使箱梁(2)腹板与剪力板(8)通过第一连接板(7-1)用高强螺栓连接；
3)将箱梁(2)上翼缘与上贯通隔板(3)通过第二连接板(7-2)用高强螺栓连接；
4)将箱梁(2)下翼缘与第三连接板(7-3)用高强螺栓连接，在第三连接板(7-3)的另一端的螺栓孔处插入高强螺栓的螺杆；
5)将下贯通隔板(4)与第四连接板(7-4)的一端用高强螺栓连接，在第四连接板(7-4)的另一端的螺栓孔处插入高强螺栓的螺杆；
6)将下盖板(5)定位，将插入第三连接板(7-3)和第四连接板(7-4)的高强螺栓的螺杆分别穿过下盖板(5)的螺栓孔，拧紧高强螺栓的螺母。
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