CN105937266A - 一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加强圆钢管约束混凝土柱‑梁节点的构造，该构造的节点区钢环设置于上柱身钢管和下柱身钢管之间；节点区钢环内外表面分别焊接抗剪环；梁纵筋通过节点区钢环之间、节点区钢环与上柱身钢管或节点区钢环与下柱身钢管之间的间隙穿过节点区。所述的梁纵筋与梁箍筋绑扎于一起，形成钢筋混凝土梁钢筋笼；柱纵筋穿过上柱身钢管、节点区钢环和下柱身钢管，和柱箍筋绑扎于一起，形成上柱身钢管、下柱身钢管、节点区钢环管内钢筋笼。钢筋混凝土梁钢筋笼浇筑梁混凝土；管内钢筋笼浇筑柱混凝土。本发明的钢管约束混凝土柱‑梁节点的构造形式制作灵活，具有提高节点区的抗轴压性能、变形性能和抗震性能的优点。

Description

一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造

技术领域

本发明涉及建筑结构构件领域，特别涉及一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造形式。

背景技术

钢管约束混凝土结构是近年来兴起的新型组合结构，钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高、弹塑性变形能力强、耗能性能好、梁柱连接节点施工方便、节省模板等突出优点，可以预见其在高层和超高层建筑结构、大型重载复杂工业厂房和大跨度桥梁结构中将得到广泛运用并取得良好的经济效益和社会效益。

尽管钢管约束钢筋混凝土结构拥有许多优点，但是目前在应用钢管约束钢筋混凝土柱时，梁柱节点区域仍为普通钢筋混凝土梁柱节点构造，如果不作加强措施，节点区混凝土受约束作用小于柱身，节点承载力可能会弱于柱身承载力，难以满足“强节点、弱构件”的设计原则。遭遇地震作用时，结构本身可能会有节点区先于柱身破坏的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种满足“强节点、弱构件”的设计原则的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造。

本发明在节点区设置钢环，起到约束节点区混凝土的作用，增强节点区的承载力，梁纵筋可通过节点区钢环之间的间隙或者节点区钢环与柱身钢管之间的间隙锚筋节点区，使得梁混凝土与柱混凝土连通，使得满足结构的“强节点、弱构件”的设计原则。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造：包括上柱身钢管、柱纵筋、柱箍筋、节点区钢环、抗剪环、柱混凝土、下柱身钢管以及至少两根钢筋混凝土梁在同一水平层级交叉设置；钢筋混凝土梁由梁纵筋、梁箍筋和梁混凝土组成；上柱身钢管、柱混凝土和下柱身钢管组成钢管约束混凝土柱；

所述的至少一根节点区钢环设置于上柱身钢管和下柱身钢管之间；所述的节点区钢环内外表面分别焊接抗剪环；

每个钢筋混凝土梁的梁纵筋从不同方向通过节点区钢环之间、节点区钢环与上柱身钢管或节点区钢环与下柱身钢管之间的间隙穿过节点区；多个梁箍筋间隔设置，所述的梁纵筋与多个梁箍筋绑扎于一起，形成钢筋混凝土梁钢筋笼；多个柱箍筋在竖直方向间隔设置，所述柱纵筋穿过上柱身钢管、节点区钢环和下柱身钢管，和多个柱箍筋绑扎于一起，形成上柱身钢管、下柱身钢管、节点区钢环管内钢筋笼；

所述的钢筋混凝土梁钢筋笼浇筑梁混凝土；所述的管内钢筋笼浇筑柱混凝土。

为进一步实现本发明目的，优选地，柱身钢管和节点区钢环都采用无缝钢管或焊接钢管，钢材采用碳素结构钢Q235级钢材、低合金高强度钢Q345、Q390、Q420或Q460钢材。

优选地，混凝土采用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。

优选地，所述梁纵筋和柱纵筋采用热轧带肋钢筋HRB335级、HRB400级、HRB500级、细晶粒热轧带肋钢筋HRBF335、HRBF400级、HRBF500级或热处理带肋钢筋RRB400级强度等级。

优选地，所述梁箍筋、柱箍筋和抗剪环都采用热轧光圆钢筋HPB300级、热轧带肋钢筋HRB335级、HRB400级、HRB500级、细晶粒热轧带肋钢筋HRBF335级、HRBF400级、HRBF500级或热处理带肋钢筋RRB400级强度等级。

优选地，所述钢筋混凝土梁为两根，同一平面层级内垂直设置。

优选地，所述节点区钢环为3-5个，间隔80-150mm设置。

优选地，所述上柱身钢管、下柱身钢管和节点区钢环的直径都为500mm，壁厚为8mm。

优选地，所述节点区钢环高度为50mm-200mm。

优选地，所述抗剪环分别焊接在节点区钢环内外表面中心处。

本发明提出一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造形式。在节点区设置钢环，起到约束节点区混凝土的作用，梁纵筋可通过节点区钢环之间的间隙或者节点区钢环与柱身钢管之间的间隙穿过节点区，使得梁混凝土与柱混凝土连通，增强节点区的承载力，满足结构的“强节点、弱构件”的设计原则。

本发明加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造的工作原理为：

1)柱身钢管分为上柱身钢管和下柱身钢管，柱身钢管上的竖向荷载不能传递，避免柱身钢管承载的轴力过大。

2)梁纵筋通过节点区钢环之间的间隙和节点区钢环与柱身钢管之间的间隙穿过节点区，起到传递梁端弯矩和剪力的作用。

3)节点区钢环内外表面焊接抗剪环，进一步保证梁端剪力和弯矩传递至节点区。

4)节点区设置节点区钢环，钢环对节点区混凝土提供了侧向约束，提高了节点区的抗轴压性能、变形性能和抗震性能。

本发明加强圆钢管约束混凝土梁柱节点的构造具有如下优点：

1)本发明中的钢管约束混凝土柱提供了对柱混凝土的横向约束作用，提高了柱混凝土在非节点区的承载力和变形性能，柱身钢管在节点区断开，柱身钢管不直接承担竖向荷载，避免柱身钢管由于轴压力过大而发生局部失稳。因此钢管约束混凝土柱在承载力、变形性能和抗震性能下具有明显的优势。

2)本发明中柱身钢管的竖向荷载通过混凝土传递至节点区，节点区钢环为节点区提供了横向约束作用，从而提高了节点区的抗轴压性能，而且可以根据“强节点，弱构件”的设计原则来确定钢环尺寸及数量。

3)本发明中的梁纵筋需要锚固进节点区，使梁端的剪力和弯矩可以有效的传递至节点区。为避免纵筋与钢环在支模的时候发生位置上的冲突，钢环之间的间隙以及钢环与柱身钢管的间隙根据纵筋的锚固需求灵活布置。钢环的位置设置具有灵活性，操作简单。

4)本发明中的节点区钢环进一步保证梁端剪力及弯矩能有效的传递给节点区。

附图说明

图1为本发明加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造的结构示意图；

图2为图1的部分立面剖面图。

图中示出：上柱身钢管1、柱纵筋2、柱箍筋3、梁纵筋4、梁箍筋5、节点区钢环6、抗剪环7、柱混凝土8、梁混凝土9和下柱身钢管10。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1和图2所示，一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，包括上柱身钢管1、柱纵筋2、柱箍筋3、节点区钢环6、抗剪环7、柱混凝土8、下柱身钢管10，至少两根钢筋混凝土梁在同一水平层级交叉设置；钢筋混凝土梁由梁纵筋4、梁箍筋5和梁混凝土9组成；上柱身钢管1、柱混凝土8和下柱身钢管10组成钢管约束混凝土柱

上柱身钢管1和下柱身钢管10是两端敞开的圆钢管，节点区钢环6也是两端敞开的圆钢管，节点区钢环6设置于上柱身钢管1和下柱身钢管10之间。多个柱箍筋3在竖直方向间隔设置，柱纵筋2穿过上柱身钢管1、节点区钢环6和下柱身钢管10，和柱箍筋3绑扎于一起，形成上柱身钢管1、下柱身钢管10、节点区钢环6管内钢筋笼。

所述的节点区钢环6内外表面分别焊接抗剪环7。

梁纵筋4通过节点区钢环6之间、节点区钢环6与上柱身钢管1或节点区钢环6与下柱身钢管10之间的间隙穿过节点区。

多个梁箍筋5间隔设置，所述的梁纵筋4与梁箍筋5绑扎于一起，形成钢筋混凝土梁钢筋笼；

所述的钢筋混凝土梁钢筋笼浇筑梁混凝土9；所述的管内钢筋笼浇筑柱混凝土10。

优选地，柱身钢管和节点区钢环采用无缝钢管或焊接钢管，钢材采用碳素结构钢Q235级钢材、低合金高强度钢Q345、Q390、Q420或Q460钢材。

优选地，梁混凝土9和柱混凝土10的混凝土采用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。

优选梁纵筋4和柱纵筋2采用热轧带肋钢筋HRB335级、HRB400级、HRB500级、细晶粒热轧带肋钢筋HRBF335、HRBF400级、HRBF500级或热处理带肋钢筋RRB400级强度等级。

优选梁箍筋5、柱箍筋3和抗剪环7采用热轧光圆钢筋HPB300级、热轧带肋钢筋HRB335级、HRB400级、HRB500级、细晶粒热轧带肋钢筋HRBF335级、HRBF400级、HRBF500级或热处理带肋钢筋RRB400级强度等级。

实施例

相互垂直的两根钢筋混凝土梁，钢管约束混凝土柱与两根钢筋混凝土梁的交点即为节点。上柱身钢管1、下柱身钢管10和节点区钢环6的直径都为500mm，壁厚为8mm。从上往下三个节点区钢环6的高度分别为50mm、200mm和50mm。两根钢筋混凝土梁宽度都为250mm，高度都为500mm。节点区钢环6、上柱身钢管1和下柱身钢管10的钢材材料都选用Q345钢，柱混凝土强度等级为C50。

钢筋混凝土梁由梁纵筋4、梁箍筋5和梁混凝土9组成。梁纵筋4分布为上部两根直径为14mm的HRB400级钢筋，下部也为两根直径为14mm的HRB400级钢筋，中部也有两排直径为12mm的HRB400级钢筋，梁纵筋之间的位置关系按照《混凝土结构设计规范》GB50010-2010的相关规定确定。梁箍筋5为直径为8mm的HPB300级钢筋，其间距为200mm，梁箍筋的加工方法按照《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010和《国家建筑标准设计图集》11G101的相关规定确定。梁混凝土强度等级为C50。

上柱身钢管1和下柱身钢管10是两端敞开的圆钢管(空心圆钢管)，节点区钢环6也是两端敞开的圆钢管，3个节点区钢环设置于上柱身钢管1和下柱身钢管10之间。节点区共有三个节点区钢环，节点区钢环之间的间距、节点区钢环与上柱身钢管的间距以及节点区钢环与下柱身钢环的间距都为100mm。

节点区钢环6内外表面分别焊接一根抗剪环7。抗剪环是直径为8mm的HRB400级钢筋，抗剪环焊在节点区钢环正中心处。

梁纵筋4在节点区钢环6之间、节点区钢环6与柱身钢管1或节点区钢环6与柱身钢管10之间的间隙穿过节点区。

梁纵筋4与梁箍筋5绑扎于一起，形成钢筋混凝土梁钢筋笼；柱纵筋2穿过上柱身钢管1、节点区钢环6和下柱身钢管10，和柱箍筋3绑扎于一起，柱箍筋3在竖直方向间隔设置，形成上柱身钢管1、下柱身钢管10、节点区钢环6管内钢筋笼。

钢筋混凝土梁钢筋笼浇筑梁混凝土9；管内钢筋笼浇筑柱混凝土10。经过养护和拆模，形成钢管约束混凝土梁柱节点。

上述实施例通过通用有限元结构分析软件ABAQUS的计算,得到的节点轴压承载力比没有采用钢环加固的具有相同构件尺寸及材料等级的钢管约束混凝土柱-梁节点的轴压承载力提高74.3％，说明节点区钢环对节点区混凝土的约束效果较为明显。在提高节点轴压承载力的同时也就起到提高了节点区的变形性能和抗震性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：包括上柱身钢管、柱纵筋、柱箍筋、节点区钢环、抗剪环、柱混凝土、下柱身钢管以及至少两根钢筋混凝土梁在同一水平层级交叉设置；钢筋混凝土梁由梁纵筋、梁箍筋和梁混凝土组成；上柱身钢管、柱混凝土和下柱身钢管组成钢管约束混凝土柱；

所述的至少一根节点区钢环设置于上柱身钢管和下柱身钢管之间；所述的节点区钢环内外表面分别焊接抗剪环；

每个钢筋混凝土梁的梁纵筋从不同方向通过节点区钢环之间、节点区钢环与上柱身钢管或节点区钢环与下柱身钢管之间的间隙穿过节点区；多个梁箍筋间隔设置，所述的梁纵筋与多个梁箍筋绑扎于一起，形成钢筋混凝土梁钢筋笼；多个柱箍筋在竖直方向间隔设置，所述柱纵筋穿过上柱身钢管、节点区钢环和下柱身钢管，和多个柱箍筋绑扎于一起，形成上柱身钢管、下柱身钢管、节点区钢环管内钢筋笼；

所述的钢筋混凝土梁钢筋笼浇筑梁混凝土；所述的管内钢筋笼浇筑柱混凝土。

2.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：柱身钢管和节点区钢环都采用无缝钢管或焊接钢管，钢材采用碳素结构钢Q235级钢材、低合金高强度钢Q345、Q390、Q420或Q460钢材。

3.根据权利要求1所述的一种加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造形式，其特征在于：混凝土采用普通混凝土、轻骨料混凝土或高性能混凝土。

4.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：所述梁纵筋和柱纵筋采用热轧带肋钢筋HRB335级、HRB400级、HRB500级、细晶粒热轧带肋钢筋HRBF335、HRBF400级、HRBF500级或热处理带肋钢筋RRB400级强度等级。

5.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：所述梁箍筋、柱箍筋和抗剪环都采用热轧光圆钢筋HPB300级、热轧带肋钢筋HRB335级、HRB400级、HRB500级、细晶粒热轧带肋钢筋HRBF335级、HRBF400级、HRBF500级或热处理带肋钢筋RRB400级强度等级。

6.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：所述钢筋混凝土梁为两根，同一平面层级内垂直设置。

7.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：所述节点区钢环为3-5个，间隔80-150mm设置。

8.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：所述上柱身钢管、下柱身钢管和节点区钢环的直径都为500mm，壁厚为8mm。

9.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：所述节点区钢环高度为50mm-200mm。

10.根据权利要求1所述的加强圆钢管约束混凝土柱-梁节点的构造，其特征在于：所述抗剪环分别焊接在节点区钢环内外表面中心处。