CN105569183A - 中空夹层钢管混凝土柱脚节点 - Google Patents

中空夹层钢管混凝土柱脚节点 Download PDF

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Abstract

中空夹层钢管混凝土柱脚节点，涉及建筑和桥梁工程技术领域。外钢管和内钢管之间填充混凝土构成中空夹层混凝土柱，中空夹层混凝土柱插入基础承台内；钢管底部连接脚板，肋板连接外钢管和脚板，肋板分布于外钢管外四周，封板接于内钢管底部内壁；外地脚螺栓于脚板外伸打孔处穿过且分布于肋板之间，外地脚螺栓底部向外弯起；内地脚螺栓底部向内弯起。在柱脚内外都布置了地脚螺栓，结构上部的力可被均匀的传递到基础上，避免产生应力集中的现象；在脚板中心处挖空，留出了脚板和内钢管焊接的空间；从柱上方传下的轴力直接经由脚板传递到基础，弯矩经由脚板和地脚螺栓传到基础承台上；内外地脚螺栓共同作用起到了很好的抗拔作用和抗剪作用。

Description

中空夹层钢管混凝土柱脚节点
技术领域
本发明涉及建筑与桥梁工程技术领域，具体涉及一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点。
背景技术
中空夹层钢管混凝土是在钢管混凝土的基础上提出的一种新型钢-混组合结构，它的截面形式是由两层同心钢管之间的夹层内浇筑混凝土，预留内层钢管内侧的空间而形成。近年来开始在工程中得到推广应用，它除了具备实心钢管混凝土的承载力高、塑性好的优点外，还具有自重轻、抗震性好、刚度大的特点。这使得中空夹层钢管混凝土在高桥墩、高层建筑竖向构件、海洋平台支架等的应用中具有巨大的优势。
柱脚是连接墩柱与基础间的重要节点，也是结构的薄弱环节，节点是否合理不仅直接关系到建筑与桥梁结构整体的可靠性，还关系到的受力性能、施工质量、工程进度以及整个工程的造价有直接的影响。柱脚一般都同时有轴力、弯矩和剪力作用，其受力比较复杂。而且它的抗震性能是影响建筑与桥梁结构抗震性能中至关重要的问题。国内外的震害调查表明，连接节点的强度和变形能力的不足是钢结构遭受震害的主要因素之一。目前应用和研究的节点型式主要是钢管混凝土柱—钢梁节点和钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁节点，柱脚节点较少有人研究，而且现在存在的柱脚节点设计基本都是针对普通实心钢管混凝土的，对于中空夹层钢管混凝土柱脚节点的设计却极少。
目前，钢管混凝土柱脚连接方式主要有外露式和埋入式柱脚节点等。但是外露式柱脚节点主要用于铰接节点，应用于小型结构。由于外露式节点的刚度仅仅依靠于地脚螺栓的作用，所以一旦锚栓发生屈服，节点的刚度会迅速降低，除非使用大量的地脚螺栓并且使用足够厚的脚板，而这会大大增加施工时间及成本；对于埋入式柱脚节点，随着埋深的增加节点的刚度会增大，这种设计虽然可以释放地脚螺栓上的高应力，但是会在节点和基础的混凝土接触上产生集中应力，特别是对高宽比较大或高耸桥墩，其抗剪和抗拉拔承载力或不足。
发明内容
本发明目的在于针对上述缺陷提出了一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，本发明是一种埋入式柱脚节点。由于在柱脚内外都均匀地布置了地脚螺栓，所以该柱脚节点不仅可以释放地脚螺栓上的高应力，而且将上部结构的荷载均匀的传递到基础上而不致产生较大的集中应力，提高基础的抗剪和抗拉拔承载能力，更重要能够提升建筑与桥梁结构在水平动荷载作用下(如风荷载、地震等)的抗疲劳性能和抗震能力。
本发明提出了一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，其特征在于：主要由外钢管(1)、内钢管(2)、内填混凝土(3)、脚板(4)、封板(5)、肋板(6)、外地脚螺栓(7)、内地脚螺栓(10)组成；外钢管(1)、内钢管(2)同轴嵌套，且外钢管(1)、内钢管(2)之间为内填混凝土(3)，外钢管(1)、内钢管(2)和内填混凝土(3)构成中空夹层混凝土柱，中空夹层混凝土柱插入基础承台(11)内；内钢管(2)的下端和外钢管(1)的下端底面采用脚板(4)固定连接，脚板(4)沿外钢管(1)的径向自内钢管(2)底端的外表面经由外钢管(1)的下端底面并延伸至外钢管(1)外表面外，肋板(6)连接外钢管和脚板，肋板分布于外钢管外四周，封板(5)封于内钢管底部且与内钢管内壁固定连接；外地脚螺栓(7)上端通过脚板(4)上的打孔穿过脚板(4)并固定，外地脚螺栓(7)分布于外钢管(1)外相邻两肋板(6)之间，外地脚螺栓的下端底部向外弯起；内地脚螺栓(10)均匀分布于脚板(4)的下面，内地脚螺栓(10)的上端通过螺栓固定在脚板(4)上，内地脚螺栓(10)下端底部向内弯起；内地脚螺栓(10)相对外地脚螺栓(7)距离内钢管(2)中心轴更近；上述的向内弯起指的是弯起指向内钢管(2)中心轴，相反，指向反向的为向外弯起。
特制螺帽(9)焊接在脚板(4)的下表面，内地脚螺栓(10)的上端为螺纹结构，通过拧入特制螺帽之中，从而内地脚螺栓(10)与脚板(4)固定在一起。
内外钢管截面形式为圆形、也可以是多边形的闭口截面，外钢管形状与内钢管可相同或不同，可以自由组合，如外钢管为方形，内钢管为圆形。附图中分别给出了外方内方、外圆内圆两种组合方式的截面视图。封板(5)形状和内钢管截面对应。外钢管截面和脚板内轮廓几何结构相同，脚板外轮廓形状是圆形或多边形。脚板中心按内钢管外轮廓大小加工成空心，脚板外侧按外地脚螺栓直径钻孔，钻孔位置在外钢管外侧均匀布置。肋板(6)轮廓是直角三角形或直角梯形。特制螺帽几何形状是由圆柱体用与其同心的和外地脚螺栓直径对应的空心圆柱挖空，并加工出内螺纹形成。内地脚螺栓端部具有和特制螺帽相对应的外螺纹。内钢管端超过脚板上表面到达脚板上表面和下表面之间位置，方便和脚板焊接。
本发明优点:
1.本发明采用了新型的地脚螺栓结构，可合理均匀地布置地脚螺栓。
2.在柱脚内外都布置了地脚螺栓，结构上部的荷载可被均匀的传递到基础上，避免产生应力集中的现象。提高了基础的抗剪和抗拉拔承载能力，更重要能够提升建筑与桥梁结构在水平动荷载作用下(如风荷载、地震等)的抗疲劳性能和抗震能力。
3.本发明合理的安排了新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点各构件的关系，例如在脚板中心处挖空，留出了脚板和内钢管焊接的空间。
4.该节点构造简单，这使得它的制作和施工比较方便。
5.本发明还有传力明确的特点，从柱上方传下的轴力直接经由脚板传递到基础，弯矩经由脚板和地脚螺栓传到基础承台上，内外地脚螺栓共同作用起到了很好的抗拔作用和抗剪作用，所以本发明具有较高的承载能力及良好的抗震性能。
附图说明：
图1是新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点的侧视图
图2是新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点的A-A剖视图(圆形截面)
图3是新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点的B-B剖视图(圆形截面)
图4是新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点的A-A剖视图(矩形截面)
图5是新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点的B-B剖视图(矩形截面)
图6是内地脚螺栓结构详图
附图标记说明：
1—外钢管；2—内钢管；3—内填混凝土；4—脚板；5—封板；6—肋板；7—外地脚螺栓；8—螺帽；9—特制螺帽；10-内地脚螺栓；11-基础承台。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
如附图1所示：首先，加工脚板4，脚板4中心按内钢管2外轮廓大小加工成空心，脚板4外侧按外地脚螺栓7直径钻孔，钻孔位置在外钢管1外侧均匀布置。同时在脚板4上预制焊接特制螺帽9。在外钢管1和内钢管2底部焊接连接脚板4，内钢管2下表面超过脚板4上表面到达脚板上表面和下表面之间，在内钢管1底部内壁焊接封板5。然后，在外钢管1和内钢管2之间浇筑混凝土3。在外钢管1和脚板4连接处，外钢管1的四周焊接肋板6，然后穿过脚板4外侧预留孔安装外地脚螺栓7，在特制螺帽9处安装内地脚螺栓10。最后，把制作完成的空夹层钢管混凝土柱脚节点在基础承台11的预留槽中定位，同时绑扎周围的钢筋，最后浇筑封口混凝土。

Claims (6)

1.一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，其特征在于：主要由外钢管(1)、内钢管(2)、内填混凝土(3)、脚板(4)、封板(5)、肋板(6)、外地脚螺栓(7)、内地脚螺栓(10)组成；外钢管(1)、内钢管(2)同轴嵌套，且外钢管(1)、内钢管(2)之间为内填混凝土(3)，外钢管(1)、内钢管(2)和内填混凝土(3)构成中空夹层混凝土柱，中空夹层混凝土柱插入基础承台(11)内；内钢管(2)的下端和外钢管(1)的下端底面采用脚板(4)固定连接，脚板(4)沿外钢管(1)的径向自内钢管(2)底端的外表面经由外钢管(1)的下端底面并延伸至外钢管(1)外表面外，肋板(6)连接外钢管和脚板，肋板分布于外钢管外四周，封板(5)封于内钢管底部且与内钢管内壁固定连接；外地脚螺栓(7)上端通过脚板(4)上的打孔穿过脚板(4)并固定，外地脚螺栓(7)分布于外钢管(1)外相邻两肋板(6)之间，外地脚螺栓的下端底部向外弯起；内地脚螺栓(10)均匀分布于脚板(4)的下面，内地脚螺栓(10)的上端通过螺栓固定在脚板(4)上，内地脚螺栓(10)下端底部向内弯起；内地脚螺栓(10)相对外地脚螺栓(7)距离内钢管(2)中心轴更近；上述的向内弯起指的是弯起指向内钢管(2)中心轴，相反，指向反向的为向外弯起。
2.按照权利要求1所述的一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，其特征在于：特制螺帽(9)焊接在脚板(4)的下表面，内地脚螺栓(10)的上端为螺纹结构，通过拧入特制螺帽之中，从而内地脚螺栓(10)与脚板(4)固定在一起。
3.按照权利要求1所述的一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，其特征在于：内外钢管截面形式为圆形、或多边形的闭口截面，外钢管形状与内钢管相同或不同。
4.按照权利要求1所述的一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，其特征在于：封板(5)形状和内钢管截面对应。
5.按照权利要求1所述的一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，其特征在于：脚板中心按内钢管外轮廓大小加工成空心，外钢管截面和脚板内轮廓几何结构相同，脚板外轮廓形状是圆形或多边形。
6.按照权利要求1所述的一种新型中空夹层钢管混凝土柱脚节点，其特征在于：肋板(6)轮廓是直角三角形或直角梯形。
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