CN105019559A - 隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点 - Google Patents

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杨远龙
周绪红
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Abstract

本发明公开一种隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点,包括薄壁矩形钢管、现浇混凝土、工字钢梁和隅撑钢板加劲肋。隅撑加劲钢板设置在节点核心区和柱钢管端部塑性铰区，加劲钢板与钢管内壁呈45度角焊接在钢管壁三分点处，加劲矩形钢管与工字钢梁焊接并浇筑混凝土，形成隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点。这种新型节点形式能够有效延缓钢管局部屈曲，提高对混凝土的约束效应，同时隅撑加劲肋能有效传递钢梁翼缘的拉力，进而有效传递钢梁弯矩，使节点满足抗震设计要求。因此本发明是一种力学性能良好、施工方便、经济合理的新型框架节点形式。

Description

隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点
技术领域
本发明属于一种建筑结构构件，特别涉及一种钢-混凝土组合结构框架节点。
背景技术
矩形钢管混凝土柱及其框架节点作为新型组合结构构件，抗震性能优良，施工快捷方便，符合现阶段我国建筑结构工业化发展的趋势。矩形钢管混凝土柱中钢管和混凝土相互作用较强，材料利用效率较高。钢管可以工厂化预制，并作为施工现场混凝土浇筑的模板，加快施工进度；火灾情况下内部混凝土能够吸收热量，延缓钢管温度的上升，同时可在钢管承载力下降后继续承担荷载。同时矩形钢管混凝土柱框架节点形式简单，承载力和抗震性能完全能满足抗震设计要求。
为了提高钢-混凝土组合结构体系的经济性能，降低钢材用量，目前薄壁钢管混凝土柱及其框架节点逐渐得到广泛的研究和应用。但由于节点核心区和柱端部的钢管易于发生局部屈曲，局部屈曲会降低钢管与混凝土之间的相互作用，进而降低构件的整体承载力和抗震性能。
发明内容
为了提高矩形钢管混凝土柱框架节点传递钢梁弯矩的能力，进而达到“强节点弱构件”的设计要求，本发明提出了一种隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，即提出隅撑钢板加劲肋构造措施，针对地震荷载作用下梁柱节点核心区发生剪切破坏和框架柱端部易出现塑性铰的特点，建议该加劲肋在矩形钢管混凝土柱框架节点核心区内和柱端部塑性铰区设置，形成隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点。这种新型节点形式能够有效延缓钢管局部屈曲，提高对混凝土的约束效应，同时隅撑加劲肋能有效传递钢梁翼缘的拉力，进而有效传递钢梁弯矩，使节点满足抗震设计要求，因此本发明是一种力学性能良好、施工方便、经济合理的新型框架节点形式。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，包括隅撑加劲钢板、柱钢管、工字钢梁和混凝土。
所述柱钢管由两块扣合并焊接在一起的槽钢组成。所述柱钢管上下两端敞口、其内部是中空的腔体。
每一块槽钢内焊接有两块隅撑加劲钢板。每一块所述隅撑加劲钢板的左右两边均焊接在槽钢的相邻内壁。每一块所述隅撑加劲钢板与槽钢的内壁呈45度角。所述柱钢的四个侧壁均被隅撑加劲钢板分成三份。
所述柱钢管的外侧壁焊接工字钢梁。所述柱钢管的内腔中浇筑混凝土。
值得说明的是，本发明在矩形钢管混凝土柱框架节点核心区和柱端部塑性铰区的钢管相邻内壁设置隅撑加劲钢板，延缓甚至限制钢管的局部屈曲，提高混凝土的约束效应，同时将钢梁翼缘的拉力有效传递给柱钢管平行加载方向的两侧壁，进而有效传递梁柱内力。
进一步，两块所述槽钢的连接处是熔透焊缝Ⅰ。隅撑加劲钢板与槽钢的内壁的连接处是熔透焊缝Ⅱ。
进一步，隅撑加劲钢板设置在节点核心区和柱端部塑性铰区。
进一步，槽钢的钢材采用Q235、Q345、Q390或Q420强度等级。
进一步，工字钢梁的钢材采用Q235、Q345、Q390或Q420强度等级。
进一步，混凝土采用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。
本发明提出的隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点具有下列优点：
1.与钢筋混凝土框架节点相比具有承载力高、延性好、施工便捷等优势，且钢管可以工厂化预制，符合建筑结构工业化生产的发展趋势。
2.改善了普通矩形钢管混凝土柱及节点核心区中钢管对混凝土约束作用不强且不均匀的特点。普通矩形钢管对混凝土的侧向约束在钢管角部最大，在钢管壁中心附近最小，其他部位的侧向约束介于两者之间。设置加劲钢板后，增强了对钢管壁侧向屈曲的限制效果，使得整个混凝土截面的侧向约束分布增强且更为均匀，进而提高混凝土的抗压强度。
3.采用隅撑钢板加劲的薄壁钢管混凝土柱框架节点，力学性能能够达到与采用较厚钢管构件相近的力学性能，在降低钢材用量的同时，具有相近的承载力、延性和抗震性能，提高组合结构框架节点的经济性能。
4.与目前普遍应用的竖向钢板加劲肋相比，能够充分发挥隅撑加劲钢板优良的受拉性能，材料利用效率更高，更有效限制节点区钢管的平面外位移，同时有效传递钢梁的弯矩和剪力。与约束拉杆加劲肋相比其钢管表面较为平整，减轻对室内空间的干扰并有利于节点区的可靠连接；避免了钢管壁上大量开孔、浇筑混凝土易跑浆、施工工艺复杂等缺点。
附图说明
图1是隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点示意图。
图2是隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱示意图。
图3是隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱焊接方式示意图。
图4是隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点平面图。
图中：隅撑加劲钢板1、柱钢管2、槽钢3、熔透焊缝Ⅰ4、熔透焊缝Ⅱ5、工字钢梁6、混凝土7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
一种隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，其特征在于：包括隅撑加劲钢板1、柱钢管2、工字钢梁6和混凝土7。
参见图3，所述柱钢管2由两块扣合并焊接在一起的槽钢3组成(两块槽钢3的槽口相对)。两块所述槽钢3的连接处是熔透焊缝Ⅰ4。所述柱钢管2上下两端敞口、其内部是中空的腔体。两块槽钢3焊接好之后，柱钢管2内部的空腔是横截面为矩形的立方柱体。
参见图2，所述柱钢管2上下两端敞口、其内部是中空的腔体。两块槽钢3焊接好之后，柱钢管2内部的空腔是横截面为矩形的立方柱体。
每一块槽钢3内焊接有两块隅撑加劲钢板1。每一块所述隅撑加劲钢板1的左右两边均焊接在槽钢3的相邻内壁。隅撑加劲钢板1与槽钢3的内壁的连接处是熔透焊缝Ⅱ5。每一块所述隅撑加劲钢板1与槽钢3的内壁合围成一个腔体，这个腔体是三棱柱体。
实施例中，隅撑加劲钢板1设置在节点核心区和柱塑性铰区。即矩形钢管混凝土柱的端部塑性铰区设置焊接在柱钢管2(或者说是槽钢3)两相邻内壁上的斜置隅撑加劲钢板1，利用加劲钢板对钢管壁的横向约束力，延缓甚至限制钢管的局部屈曲，提高对混凝土的约束效应，进而提高矩形钢管混凝土的抗震性能。
优选地，隅撑加劲钢板1与槽钢3的内壁呈45度角。
所述柱钢管2的外侧壁焊接工字钢梁6。实施例中，在柱钢管2的四个侧面均焊接工字钢梁6，这些工字钢梁6平行于水平面。所述柱钢管2的内腔中浇筑混凝土7。
本发明施工时，柱钢管2在工厂预制加工，先将钢板两侧弯折呈90°，即得到槽钢3，再将隅撑加劲钢板1通过熔透焊缝4焊接在槽钢3上下端的两相邻内壁上，隅撑加劲钢板1在整个塑性铰区和节点区通长分布。塑性铰区长度可取与钢管截面边长尺寸相同。将两个相同的加劲槽形钢板在肢尖处采用通长的熔透焊缝5焊接成加劲矩形钢管。将工字钢梁6的翼缘和腹板与柱钢管2焊接，形成框架节点的钢结构构件。钢管壁三分点处的隅撑加劲钢板能够限制钢管壁的平面外位移，有效传递钢梁翼缘的拉力。将钢结构构件运到施工现场进行吊装就位，浇筑混凝土7形成隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点。

Claims (6)

1.一种隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，其特征在于：包括隅撑加劲钢板(1)、柱钢管(2)、工字钢梁(6)和混凝土(7)；
所述柱钢管(2)由两块扣合并焊接在一起的槽钢(3)组成；所述槽钢(3)的长度方向垂直于水平面；所述柱钢管(2)上下两端敞口、其内部是中空的腔体；
每一块槽钢(3)内焊接有两块隅撑加劲钢板(1)；每一块所述隅撑加劲钢板(1)均是竖直的钢板；每一块所述隅撑加劲钢板(1)的左右两边均焊接在槽钢(3)的相邻内壁；每一块所述隅撑加劲钢板(1)与槽钢(3)的内壁呈45度角；
所述柱钢管(2)的外侧壁焊接工字钢梁(6)；所述柱钢管(2)的内腔中浇筑混凝土(7)。
2.根据权利要求1所述的隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，其特征在于：两块所述槽钢(3)的连接处是熔透焊缝Ⅰ(4)；隅撑加劲钢板(1)与槽钢(3)的内壁的连接处是熔透焊缝Ⅱ(5)。
3.根据权利要求1所述的隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，其特征在于：隅撑加劲钢板(1)设置在节点核心区和柱端部塑性铰区。
4.根据权利要求1所述的隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，其特征在于：槽钢(3)的钢材采用Q235、Q345、Q390或Q420强度等级。
5.根据权利要求1所述的隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，其特征在于：工字钢梁(6)的钢材采用Q235、Q345、Q390或Q420强度等级。
6.根据权利要求1所述的隅撑钢板加劲矩形钢管混凝土柱框架节点，其特征在于：混凝土(7)采用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。
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