CN105672491A - 节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点 - Google Patents

节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点 Download PDF

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Abstract

本发明提供节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，包括柱圆钢管Ⅰ、柱圆钢管Ⅱ、柱纵筋、柱箍筋、钢梁、节点区内层圆钢管、节点区外层圆钢管、外加强环、节点区箍筋和混凝土。所述柱圆钢管Ⅱ和柱圆钢管Ⅰ分别位于钢梁的上、下两侧。钢梁将剪力和弯矩直接传给节点区内层圆钢管，进而传给核心区混凝土，避免了节点区外层钢管直接承担剪力，避免钢管屈曲，使得钢管能充分发挥其环向约束作用，保证节点承载力和延性；节点区内层圆钢管两端伸入上下钢管约束钢筋混凝土柱一定距离，保证节点的整体性，提高节点抗剪承载力和抗震性能。本发明节点安全可靠、整体性好、传力明确、施工方便，在受力和经济性能方面具有优势。

Description

节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点
技术领域
本发明属于建筑结构技术领域，特别涉及一种圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点。
背景技术
圆形钢管约束混凝土柱是在钢管混凝土柱基础上针对其框架节点构造复杂的问题而提出的新型组合结构构件。圆形钢管约束混凝土柱的钢管在梁柱节点处断开，在钢管内浇筑混凝土形成一种钢-混凝土组合竖向承重构件。实际工程中柱体一般会受到轴力、弯矩和剪力的共同作用，因此在应用圆形钢管约束混凝土结构技术时还需在柱中配置钢筋形成圆形钢管约束钢筋混凝土柱。
圆形钢管约束钢筋混凝土柱的抗压强度高，抗震性能好，刚度大；钢梁的抗弯性能好，质量轻，施工方便简洁，采用圆形钢管约束钢筋混凝土柱和钢梁形成的框架结构体系能减小构件截面尺寸，增大有效使用面积，加快施工进度。因此，圆形钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架是一种低成本、高效率的结构形式。目前，国内外尚未有对圆形钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架结构节点报道。
节点连接与构造直接影响到建筑结构的稳定性和安全性，钢管约束钢筋混凝土外包柱在梁柱节点区断开，节点区域若采用传统钢筋混凝土和钢梁的连接构造，钢管约束钢筋混凝土柱的承载力远高于相同截面尺寸的普通钢筋混凝土柱，导致梁柱节点成为薄弱部位，不符合“强节点，弱构件”设计原则。
由此可见，提出安全可靠、整体性好、传力明确、施工方便的钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架节点，是推广应用受力性能优良且经济优越的圆形钢管约束钢筋混凝土柱-钢梁框架结构体系的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种安全可靠、整体性好、传力明确、施工方便，在力学性能和工程造价等方面具有优势的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，包括柱圆钢管Ⅰ、柱圆钢管Ⅱ、柱纵筋、柱箍筋、钢梁、节点区内层圆钢管、节点区外层圆钢管、外加强环、节点区箍筋和混凝土。
所述柱圆钢管Ⅰ垂直于基础平面布置。所述柱圆钢管Ⅱ和柱圆钢管Ⅰ分别位于钢梁的上、下两侧。所述钢梁包括四个工字型的分支梁，每个分支梁包括上翼缘板、下翼缘板和腹板。所述上翼缘板与下翼缘板相互平行。所述腹板与上翼缘板相互垂直。所述上翼缘板和下翼缘板的板面均开有柱纵筋贯穿孔。所述腹板上开有箍筋贯穿孔。
所述钢梁的四个分支梁呈十字形连接在节点区内层圆钢管的外侧壁面上。所述节点区内层圆钢管垂直于基础平面，其上、下两端分别伸入至柱圆钢管Ⅱ和柱圆钢管Ⅰ的内腔中。所述柱圆钢管Ⅰ、柱圆钢管Ⅱ和节点区内层圆钢管的轴线位于同一直线上。所述节点区内层圆钢管的圆周外壁上焊接有两个上下布置的环形凸缘，该环形凸缘为外加强环。
所述上翼缘板和下翼缘板通过熔透焊缝分别与这两个上下布置的外加强环连接。所述腹板通过双面角焊缝与节点区内层圆钢管的外壁连接。两两相邻的腹板之间均焊接有一块弧形板，这些弧形板共同构成节点区外层圆钢管。所述节点区外层圆钢管的直径与柱圆钢管Ⅰ相同。
所述柱圆钢管Ⅰ和柱圆钢管Ⅱ内还设置有若干柱纵筋和若干柱箍筋，这些柱纵筋与柱箍筋绑扎成筋笼状。所述柱纵筋贯穿节点区且位于节点区内层圆钢管与外层圆钢管之间。通过节点区箍筋将节点区内的纵筋绑扎，其中节点区箍筋穿过腹板上的箍筋贯穿孔。
所述混凝土填充在柱圆钢管Ⅰ、柱圆钢管Ⅱ和节点区外层圆钢管所形成的竖向圆柱型空腔中。
进一步，所述节点区外层圆钢管的四块弧形板由一个无缝圆柱钢管切割成四份制得，或者用四块矩形钢板分别卷成制得。
进一步，所述钢梁的四块腹板的端部均设置有螺栓孔。
进一步，所述钢梁的上下翼缘与外加强环的连接处，由外加强环渐变至钢梁翼缘的宽度，且渐变处的斜角不大于1:2.5。
进一步，所述柱圆钢管Ⅰ和柱圆钢管Ⅱ分别与钢梁之间留有10～20mm垂直间隙。
进一步，所述节点区内层圆钢管伸入柱圆钢管Ⅱ和柱圆钢管Ⅰ内腔中的长度分别为节点区内层圆钢管内径的1～1.5倍。
进一步，所述外加强环的厚度不小于上翼缘板的厚度，环面宽度不小于上翼缘板宽度的7/10。所述外加强环的环面上开有若干用于浇筑混凝土的圆孔，所述圆孔的直径不小于50mm。
进一步，所述的混凝土为普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。
本发明提出的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点具有下列优点：
1、钢梁将剪力和弯矩直接传给节点区内层圆钢管，进而传给核心区混凝土，避免了节点区外层钢管直接承担剪力，避免钢管屈曲，使得钢管能充分发挥去环向约束作用，约束节点区混凝土，提高节点承载力和延性，宽度渐变的钢梁翼缘可以有效将潜在塑形铰外移。
2、节点区内层圆钢管两端伸入钢管约束钢筋混凝土一定距离，从而可以使更多混凝土参与受力，提高节点抗剪承载力，有限弥补圆钢管断开产生的轴向刚度和强度的损失。
3、本发明中梁柱节点构造简单、传力明确、且可实现工厂化组装，节点区贯通梁在施工现场通过预留螺栓孔与钢梁相连，有利保证施工质量。
4、本发明中的钢管约束钢筋混凝土柱力学性能良好，能充分发挥钢管和混凝土各自的力学性能优势。钢管对混凝土提供有效的侧向约束，显著提高框架柱的承载力和延性，同时钢管在柱端部断开，不直接承担竖向荷载，避免了钢管局部屈曲引起的对混凝土约束效应的降低，因此该新型节点在承载力、延性和抗震性能方面具有较大的优势。
附图说明
图1为节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点的立面示意图；
图2为图1中A-A的剖视图。
图中：柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2、柱纵筋3、柱箍筋4、钢梁5、节点区内层圆钢管6、节点区外层圆钢管7、外加强环8、节点区箍筋9、混凝土10、上翼缘板11、下翼缘板110、腹板12、柱纵筋贯穿孔13、箍筋贯穿孔14、螺栓孔15、圆孔16。
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。
参见图1和图2，一种节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，包括柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2、柱纵筋3、柱箍筋4、钢梁5、节点区内层圆钢管6、节点区外层圆钢管7、外加强环8、节点区箍筋9和混凝土10。
所述柱圆钢管Ⅰ1垂直于基础平面布置。所述柱圆钢管Ⅱ2和柱圆钢管Ⅰ1分别位于钢梁5的上、下两侧。所述钢梁5包括四个工字型的分支梁，每个分支梁包括上翼缘板11、下翼缘板110和腹板12。所述上翼缘板11与下翼缘板110相互平行。所述腹板12与上翼缘板11相互垂直。所述上翼缘11与下翼缘板110的结构大小相同，且关于腹板11对称布置。所述上翼缘板11和下翼缘板110的板面均开有柱纵筋贯穿孔13。所述腹板12上开有箍筋贯穿孔14。所述柱圆钢管Ⅰ1和柱圆钢管Ⅱ2分别与钢梁5的翼缘板之间留有10～20mm垂直间隙，以避免柱钢管直接承担纵向力，充分利用钢管抗拉性能。所述柱圆钢管Ⅰ1和柱圆钢管Ⅱ2可以采用无缝圆钢管或焊接圆钢管。
所述钢梁5的四个分支梁呈十字形连接在节点区内层圆钢管6的外侧壁面上。所述节点区内层圆钢管6可以采用无缝圆钢管或焊接圆钢管。所述节点区内层圆钢管6垂直于基础平面，其上、下两端分别伸入至柱圆钢管Ⅱ2和柱圆钢管Ⅰ1的内腔中，其伸入长度为节点区内层圆钢管6内径的1～1.5倍，这样可以使得更多的混凝土参与受力，提高节点抗剪承载力，有效弥补圆钢管断开产生的轴向刚度和强度的损失。所述柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2和节点区内层圆钢管6的轴线位于同一直线上。
所述节点区内层圆钢管6的圆周外壁上焊接有两个上下布置的环形凸缘，该环形凸缘为外加强环8。即所述外加强环8是环绕节点区内层圆钢管6的封闭的满环，该外加强环8与节点区内层圆钢管6采用全熔透焊缝连接。
所述上翼缘板11和下翼缘板110通过熔透焊缝分别与这两个上下布置的外加强环8连接。而且所述外加强环8的厚度不小于上翼缘板11的厚度，其环面宽度不小于上翼缘板11宽度的7/10。而且在钢梁5的上下翼缘与外加强环8的连接处，通过外加强环8渐变至钢梁5的上下翼缘的宽度，且渐变处的斜角不大于1:2.5。所述外加强环8的环面上还开有若干用于浇筑混凝土的圆孔16，所述圆孔16的直径不小于50mm。
所述腹板12通过双面角焊缝与节点区内层圆钢管6的外壁连接。两两相邻的腹板12之间均焊接有一块弧形板，这些弧形板共同构成节点区外层圆钢管7。所述节点区外层圆钢管7的直径与柱圆钢管Ⅰ1相同。所述节点区外层圆钢管7的四块弧形板由一个无缝圆柱钢管切割成相等四份制得，或者用四块矩形钢板分别卷成制得。所述腹板12远离节点区内层圆钢管6的一端还开有若干螺栓孔15，这些螺栓孔15用于连接其他钢梁。
需要说明的是，钢梁5将剪力和弯矩直接传给节点区内层圆钢管6，进而传给核心区混凝土，避免了节点区外层钢管7直接承担剪力，避免钢管屈曲，使得钢管能充分发挥其环向受拉性能，约束节点区混凝土，提高节点承载力和延性，宽度渐变的钢梁翼缘可以有效将潜在塑形铰外移。
所述柱圆钢管Ⅰ1和柱圆钢管Ⅱ2内还设置有若干柱纵筋3和若干柱箍筋4，这些柱纵筋3与柱箍筋4绑扎成筋笼状。所述柱纵筋3贯穿节点区且位于节点区内层圆钢管6与外层圆钢管7之间。通过节点区箍筋9将节点区内的纵筋绑扎成筋笼状，其中节点区箍筋9穿过腹板12上的箍筋贯穿孔14，使得节点区箍筋9和节点区外层圆钢管7共同约束节点核心区混凝土。
所述混凝土10填充在柱圆钢管Ⅰ1、柱圆钢管Ⅱ2和节点区外层圆钢管7所形成的竖向圆柱型空腔中。所述混凝土10可选用普通混凝土、轻骨混凝土或者高性能混凝土。
本实施例的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点现场基本加工方案如下：
1)吊装柱圆钢管Ⅰ1；
2)将已预留圆孔16的外加强环8与节点区内层圆钢管6采用全熔透焊缝相连；
3)按设计尺寸制作钢梁5，其中上下翼缘在设计位置预留柱纵筋贯穿孔13，所述腹板12在设计位置预留节点区箍筋贯穿孔14和螺栓孔15，然后将上、下翼缘板对称焊接在腹板12的两端；
4)上翼缘板11和下翼缘板110分别与上下布置的两个外加强环8采用全熔透焊缝相连，腹板12与节点区内层圆钢管6的侧面采用角焊缝相连；
5)将节点区箍筋9和柱纵筋3分别贯穿预留的节点区箍筋贯穿孔14和柱纵筋贯穿孔13，并绑扎柱箍筋4形成带钢梁钢筋笼；
6)节点区外层圆钢管7与腹板12的侧面采用角焊缝相连；
7)吊装带钢梁5的钢筋笼，按构造措施将带钢梁5的钢筋笼固定在柱圆钢管Ⅰ1内；
8)吊装柱圆钢管Ⅱ2；
9)浇筑混凝土10，形成节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点。

Claims (8)

1.一种节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：包括柱圆钢管Ⅰ(1)、柱圆钢管Ⅱ(2)、柱纵筋(3)、柱箍筋(4)、钢梁(5)、节点区内层圆钢管(6)、节点区外层圆钢管(7)、外加强环(8)、节点区箍筋(9)和混凝土(10)；
所述柱圆钢管Ⅰ(1)垂直于基础平面布置；所述柱圆钢管Ⅱ(2)和柱圆钢管Ⅰ(1)分别位于钢梁(5)的上、下两侧；所述钢梁(5)包括四个工字型的分支梁，每个分支梁包括上翼缘板(11)、下翼缘板(110)和腹板(12)；所述上翼缘板(11)与下翼缘板(110)相互平行；所述腹板(12)与上翼缘板(11)相互垂直；所述上翼缘板(11)和下翼缘板(110)的板面均开有柱纵筋贯穿孔(13)；所述腹板(12)上开有箍筋贯穿孔(14)；
所述钢梁(5)的四个分支梁呈十字形连接在节点区内层圆钢管(6)的外侧壁面上；所述节点区内层圆钢管(6)垂直于基础平面，其上、下两端分别伸入至柱圆钢管Ⅱ(2)和柱圆钢管Ⅰ(1)的内腔中；所述柱圆钢管Ⅰ(1)、柱圆钢管Ⅱ(2)和节点区内层圆钢管(6)的轴线位于同一直线上；所述节点区内层圆钢管(6)的圆周外壁上焊接有两个上下布置的环形凸缘，该环形凸缘为外加强环(8)；
所述上翼缘板(11)和下翼缘板(110)通过熔透焊缝分别与这两个上下布置的外加强环(8)连接；所述腹板(12)通过双面角焊缝与节点区内层圆钢管(6)的外壁连接；两两相邻的腹板(12)之间均焊接有一块弧形板，这些弧形板共同构成节点区外层圆钢管(7)；所述节点区外层圆钢管(7)的直径与柱圆钢管Ⅰ(1)相同；
所述柱圆钢管Ⅰ(1)和柱圆钢管Ⅱ(2)内还设置有若干柱纵筋(3)和若干柱箍筋(4)，这些柱纵筋(3)与柱箍筋(4)绑扎成筋笼状；所述柱纵筋(3)贯穿节点区且位于节点区内层圆钢管(6)与外层圆钢管(7)之间；通过节点区箍筋(9)将节点区内的纵筋绑扎，其中节点区箍筋(9)穿过腹板(12)上的箍筋贯穿孔(14)；
所述混凝土(10)填充在柱圆钢管Ⅰ(1)、柱圆钢管Ⅱ(2)和节点区外层圆钢管(7)所形成的竖向圆柱型空腔中。
2.根据权利要求1所述的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：所述节点区外层圆钢管(7)的四块弧形板由一个无缝圆柱钢管切割成四份制得，或者用四块矩形钢板分别卷成制得。
3.根据权利要求1所述的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：所述钢梁(5)的四块腹板(12)的端部均设置有螺栓孔(15)。
4.根据权利要求1所述的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：所述钢梁(5)的上下翼缘与外加强环(8)的连接处，由外加强环(8)渐变至钢梁(5)翼缘的宽度，且渐变处的斜角不大于1:2.5。
5.根据权利要求1所述的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：所述柱圆钢管Ⅰ(1)和柱圆钢管Ⅱ(2)分别与钢梁(5)之间留有10～20mm垂直间隙。
6.根据权利要求1所述的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：所述节点区内层圆钢管(6)伸入柱圆钢管Ⅱ(2)和柱圆钢管Ⅰ(1)内腔中的长度分别为节点区内层圆钢管(6)内径的1～1.5倍。
7.根据权利要求1所述的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：所述外加强环(8)的厚度不小于上翼缘板(11)的厚度，环面宽度不小于上翼缘板(11)宽度的7/10；所述外加强环(8)的环面上还开有若干用于浇筑混凝土的圆孔(16)，所述圆孔(16)的直径不小于50mm。
8.根据权利要求1所述的节点区复式钢管的圆钢管约束钢筋混凝土-钢梁框架节点，其特征在于：所述的混凝土(10)为普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。
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