CN105569184A - 一种矩形钢管混凝土柱与h型钢梁单向螺栓连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁单向螺栓连接节点，包括矩形内隔板，两个梁端外伸端板和两个隔板端外伸端板，其特征在于，所述的两个隔板端外伸端板固定连接在矩形内隔板的两端，置于矩形钢管混凝土柱的柱壁内侧，所述的两个梁端外伸端板分别固定连接在两个H型钢梁的端部，在两个梁端外伸端板和两个隔板端外伸端板及柱壁的相应位置上都开设有多个螺栓孔，通过多个单向螺栓将位于矩形钢管混凝土柱同侧的梁端外伸端板、柱壁和隔板端外伸端板固定连接在一起。本发明的节点对钢管柱的破坏较少，承载力提高，无焊缝，应力集中现象不明显，而且能够使钢梁的定位施工方便，便于实现工厂化预制，现场组装，提高现场施工效率。

Description

一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁单向螺栓连接节点

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，特别涉及矩形钢管混凝土柱与H型钢梁单向螺栓连接节点。

背景技术

钢管混凝土结构是指在钢管中填充混凝土而形成的一种结构，钢管的存在可以有效地约束核心混凝土，从而使混凝土的抗压强度和变形能力都得以显著提高，同时混凝土的存在也有效地防止了钢管发生局部屈曲，二者共同工作能充分发挥钢材受拉性能高和混凝土受压性能好的优点，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土结构因具有承载力高、重量轻、塑性和韧性好、抗震性能好、耐疲劳、抗冲击性能好和施工方便环保等诸多优点而被广泛应用。

以矩形钢管混凝土柱和钢梁为主形成的钢结构框架体系，作为一种新兴的结构形式，因其具有承载力高、平面布置灵活、结构简单、构件易于标准化、施工速度快和造价低等诸多优点，已成为高层及超高层建筑的首选结构形式之一，受到了国内外工程领域的高度重视。

目前，我国的《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159：2004)推荐的矩形钢管混凝土柱与钢梁连接形式包括四种：带短梁内隔板式连接、外伸内隔板式连接、外隔板式连接和内隔板式连接。但这些节点尚存在以下问题：

(1)带短梁内隔板式连接由于需要在矩形钢管内焊接内隔板，柱外焊接短钢梁，然后钢梁再与短钢梁采用双夹板拼接，施工复杂，且焊接工作量较大。

(2)外伸内隔板式连接，即隔板贯通节点。通过采用两块贯穿矩形钢管壁的隔板，钢管与柱壁焊接，钢梁翼缘与隔板焊接，钢梁腹板与连接件采用高强螺栓连接。隔板贯通节点构造简单、施工方便，但是在同一层柱内需要将矩形钢管截断多次进行隔板焊接，由此带来的施工量和造价成本势必增加，同时也大大影响了钢管的承载力。

(3)外隔板式连接，即外环板节点。此节点由于自身的构造措施，节点需要足够大的水平环板以保证节点的强度，用钢量较大。此外，较大尺寸的外环板的设置使得室内角部有凸角出现，影响美观和家居布置，给建筑设计带来了不必要的麻烦，适应性和灵活性较差。

(4)内隔板节点由于需要在矩形钢管内进行隔板焊接，对矩形钢管的尺寸有一定的要求，因为当截面尺寸较小时不仅焊接困难，而且影响管内混凝土的浇筑，因此仅适用于钢管截面尺寸较大的节点。此外，矩形钢管与内隔板和梁的连接均为焊接，矩形钢管在多次焊接作用下，容易产生较大的残余应力和变形，导致节点处的钢材容易产生分层或脆性破坏，影响节点安全。

综上所述，《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159：2004)推荐的四种节点均存在一定的不足。从美国北岭地震和日本阪神地震震害调查表明，在强烈地震作用下这类刚性节点的梁上、下翼缘焊缝位置处易发生撕裂，以下翼缘连接处的破坏为主，其主要原因是由于下翼缘焊缝的不连续和隔板构造的突变引起应力集中。相对而言，倒角的隔板贯通节点的结构破坏较少。而对于螺栓连接节点，焊缝较少，上述断裂现象也较少。

螺栓连接节点中比较典型的是对穿螺栓式连接节点，该节点也存在一些问题，一方面由于柱壁两侧均有开孔，使得柱截面有较大的削弱；另一方面节点受力时受拉区梁端外接端板将脱离柱翼缘，节点承载力将由螺栓杆承载力决定，没有发挥出方钢管柱的承载力。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁单向螺栓连接节点，该节点对钢管柱的破坏较少，承载力提高，无焊缝，应力集中现象不明显，而且能够使钢梁的定位施工方便，便于实现工厂化预制，现场组装，提高现场施工效率。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁单向螺栓连接节点，包括矩形内隔板，两个梁端外伸端板和两个隔板端外伸端板，其特征在于，所述的两个隔板端外伸端板固定连接在矩形内隔板的两端，置于矩形钢管混凝土柱的柱壁内侧，所述的两个梁端外伸端板分别固定连接在两个H型钢梁的端部，在两个梁端外伸端板和两个隔板端外伸端板及柱壁的相应位置上都开设有多个螺栓孔，通过多个单向螺栓将位于矩形钢管混凝土柱同侧的梁端外伸端板、柱壁和隔板端外伸端板固定连接在一起。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)内置隔板、钢梁通过单向螺栓与矩形钢管连接为一体，没有对矩形钢管进行截断破坏，有效解决了现有节点技术在使用常用规格尺寸矩形钢管时需要对钢管进行多次截断或多次焊接而造成矩形钢管焊接残余应力大、节点应力集中现象明显的技术难题，避免了焊缝缺陷的不利影响，能防止焊接带来的应力集中，提供良好的抗震性能,；另一方面使钢管柱连续贯通，适应了工业化生产的需求。

2)该节点设置了内置隔板，一方面弥补了在钢管柱壁上开螺栓孔的承载力削弱，提高节点承载力；另一方面内置隔板会承担通过螺栓连接传递的载荷，约束柱壁变形，相对于一般螺栓连接节点增大了节点区的刚度，使塑性铰外移，保证钢梁的破坏早于节点的破坏，实现了“强节点弱构件”的抗震准则。

3)矩形钢管是封闭截面，传统的高强螺栓不能直接用于矩形钢管柱和H型钢梁的连接中，该节点所使用的单向螺栓利用膨胀螺栓原理可以对封闭的截面实现单边锁紧，与传统的矩形钢管柱和H型钢梁连接节点相比，可以免除现场焊接，提高施工效率和施工质量，实现快速和高效的装配施工。

4)该节点核心区没有外伸环板，占用空间少，有较好的适用性和灵活性。

5)该节点连接板较少，构造简单，传力明确，加工方便，缩短了工期，在各个环节降低了造价。

综上所述，本发明采用单向螺栓连接，内置隔板、钢梁和矩形钢管通过单向螺栓连接为一体，有效避免了焊缝缺陷的不利影响，能防止焊接带来的应力集中，提供良好的抗震性能。使用了单向螺栓实现构件之间的单边紧锁，免除现场焊接，安装就位快，可明显缩短工期，促进装配化进程。节点连接板少，构造简单、传力明确。同时内置隔板的设置限制矩形钢管柱柱壁平面外变形，增大了节点刚度，使得梁端塑性铰外移，使钢梁先于节点破坏，保证了节点的安全，满足“强节点，弱构件”的抗震设防要求。

附图说明

图1为本发明实施例的立面示意图；

图2为图1的1-1剖面示意图；

图3为图1的2-2剖面示意图；

图中：1为方钢管，2为H型钢梁；3为内隔板；4为外伸端板a；5为外伸端板b；6为单向螺栓。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图3，一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁单向螺栓连接节点，由H型钢梁2、矩形钢管混凝土柱和内置隔板3组装而成。所述H型钢梁2包括形成在一起的上翼缘、腹板、下翼缘；所述H型钢梁1一端的焊接了附有螺栓孔的外伸矩形端板a；所述矩形钢管混凝土柱即为浇筑了混凝土的核心区附有螺栓孔的矩形钢管；所述内置隔板位于矩形钢管混凝土柱核心区内部，矩形内隔板两端焊接了附有螺栓孔的外伸端板b；所述的梁端矩形外伸端板a、内隔板两侧外伸端板b和矩形钢管核心区之间螺栓孔一一对应，而且三者通过单向螺栓连接在一起。

本实施例的施工方法：

1)根据矩形钢管混凝土柱和H型钢梁的尺寸加工适合尺寸的外伸端板a和b，两者尺寸一致，根据矩形钢管混凝土柱的尺寸加工适合尺寸内隔板；

2)在外伸端板a、b和矩形钢管核心区上预留五排两列螺栓孔，螺栓孔位置根据钢梁截面确定，三者之间螺栓孔一一对应，其直径略大于单向螺栓的直径；

3)将外伸端板a焊接于梁端，翼缘采用全熔透对接焊缝，梁腹板采用双面角焊缝；将外伸端板b与内隔板焊接一体，组成内置隔板，焊接位置与梁翼缘相对，采用全熔透对接焊缝；

4)把方钢管柱放在设定的位置，将内置隔板从方钢管柱一端缓慢放至柱中核心区处，调整位置使外伸端板b螺栓孔与钢管柱螺栓孔一一对应；

5)将H型钢梁连接端置于节点核心区，调整位置，使外伸端板a螺栓孔与钢管柱螺栓孔和外伸端板b螺栓孔一一对应；

6)梁端矩形外伸端板a、内隔板两侧外伸端板b和矩形钢管核心区之间的螺栓孔对齐后，用单向螺栓对两侧梁柱同时进行连接锁死，将矩形钢管柱和H型钢梁连接为一体。

综上所述，本发明基于矩形钢管无截断破坏和减少焊缝的思路，提出了一种矩形钢管混凝土柱与钢梁单向螺栓连接节点，通过在节点处设置内隔板和外伸端板并使用单向螺栓连接形成了一种新的连接方式。此连接方式的内置隔板和H型钢梁通过单向螺栓连接于矩形钢管的两侧，免除现场焊接，提高施工效率和施工质量，实现快速和高效的装配施工，达到装配化的效果。此连接方式核心区没有外伸的隔板，占用空间少，有较好的适用性和灵活性。该节点连接板较少，构造简单，传力明确，加工方便，缩短了工期，在各个环节降低了造价。本发明解决了现有节点技术焊接残余应力大、变形大或施工难度、建造成本高等技术难题。同时，内置隔板的设计实现了梁端塑性铰的外移，保证了钢梁先于节点破坏，满足了“强节点，弱构件”的抗震设防要求。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁单向螺栓连接节点，包括矩形内隔板，两个梁端外伸端板和两个隔板端外伸端板，其特征在于，所述的两个隔板端外伸端板固定连接在矩形内隔板的两端，置于矩形钢管混凝土柱的柱壁内侧，所述的两个梁端外伸端板分别固定连接在两个H型钢梁的端部，在两个梁端外伸端板和两个隔板端外伸端板及柱壁的相应位置上都开设有多个螺栓孔，通过多个单向螺栓将位于矩形钢管混凝土柱同侧的梁端外伸端板、柱壁和隔板端外伸端板固定连接在一起。