CN106121056B - 薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-frp节点 - Google Patents

薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-frp节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板‑FRP节点，包括由薄壁钢管再生混合柱与钢梁的交汇处形成的节点域，两套双层窄环板、FRP套箍和组合肋板、对称设置在节点域左、右两侧的钢牛腿，钢梁通过钢牛腿与节点域及双层窄环板相连，双层窄环板包括平行设置的大环板和小环板，两套双层窄环板分别位于节点域上、下两侧的薄壁钢管外侧，FRP套箍环绕粘贴于大环板和小环板之间的薄壁钢管外侧，所述组合肋板通过螺栓对称连接在双层窄环板的大环板和小环板之间并紧压住所述FRP套箍。本发明构造简单、传力可靠，一方面节能环保，另一方面双层窄环板及FRP套箍使得节点域薄壁钢管在受力时过早屈曲的现象得到抑制。

Description

薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点
技术领域
本发明涉及废旧混凝土循环利用技术领域，具体涉及一种薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点。
背景技术
目前，我国旧有建筑拆除所产生的混凝土固体废弃物绝大部分都是直接运往郊外堆放，而新建建筑需要的混凝土又完全采用新水泥、石子、河砂等材料配制而成。由此不仅耗费了大量的资源，同时造成了严重的环境危害。为此，如何科学利用旧有建筑拆除产生的混凝土固体废弃物，以尽量减少新建建筑对新水泥、石子、河砂等材料的消耗，已成为整个建筑行业践行“环保、节能、减排”国家战略所亟待解决的问题。
再生骨料混凝土作为混凝土废弃物的一种再利用途径在国内外均已得到一定程度的研究，所谓再生骨料混凝土，就是将旧有建筑拆除所得的混凝土废弃物，经过破碎、筛分、净化等过程，获取大量骨料尺度的颗粒，然后利用其配制而得的新混凝土。但是上述处理不仅过程繁琐，而且消耗大量能源，加之在再生骨料混凝土的配制过程中仍然需要耗费大量水、水泥、砂石和能源，因此有必要寻求一种更为合理的混凝土废弃物回收利用策略。
钢管混凝土自问世以来以其优越的力学性能愈来愈广泛地应用在工程建设中，如高层及超高层建筑、重型工业厂房、大跨度桥梁等等。在钢管中填筑废弃混凝土及新混凝土，使废弃混凝土与新混凝土受到外围钢管的保护和约束，从而形成了钢管再生混合结构。钢管再生混合结构在获得与钢管混凝土结构相似的良好力学性能的同时，又达到了实现废弃混凝土的可再生利用的目的。
钢管混凝土结构中的梁柱节点的设计对于结构的刚度、受力性能、建筑的安全性及施工的便利性有着至关重要的作用，因此研制传力合理、经济可靠、构造简单、施工方便的钢管混凝土梁柱节点十分必要。常用的钢管混凝土梁柱节点形式包括：加强环式节点、承重销式节点、锚定式节点、钢筋混凝土环梁节点、钢筋穿心式节点等等，对于薄壁钢管再生混合柱来说，采用穿心式部件将不利于废弃混凝土的投放，又因钢管壁厚较小，采用普通的环式加强部件又使得薄壁钢管在受力时过早屈曲。因此迫切需要既能方便废弃混凝土的投放，同时具有良好的受力性能的适用于薄壁钢管再生混合柱与钢梁连接的梁柱节点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板－FRP连接节点，所述节点具有传力合理、经济可靠，一方面薄壁钢管再生混合柱使用的薄壁钢管和再生混凝土节能环保，另一方面双层窄环板和FRP套箍使薄壁钢管在受力时过早屈曲的现象得到抑制。
本发明实现上述目的的技术方案有：
一种薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，包括由薄壁钢管再生混合柱与钢梁的交汇处形成的节点域，对称设置在所述节点域上、下侧的两套双层窄环板、FRP套箍和组合肋板、对称设置在节点域左、右两侧的钢牛腿，所述钢梁通过钢牛腿与节点域及双层窄环板相连，所述双层窄环板包括平行设置的大环板和小环板，两套双层窄环板分别位于节点域上、下两侧的薄壁钢管外侧，所述FRP套箍环绕粘贴于大环板和小环板之间的薄壁钢管外侧，所述组合肋板通过螺栓对称连接在双层窄环板的大环板和小环板之间并紧压住所述FRP套箍。
进一步地，所述大环板和小环板均垂直于薄壁钢管再生混合柱的轴线，大环板与钢牛腿的翼缘共平面，大环板和小环板之间的距离不大于钢梁高的二分之一，大环板的外径与内径之差不小于钢梁高的五分之一且不大于钢梁高的二分之一，小环板外径与内径之差为大环板外径与内径之差的三分之一，大环板和小环板紧套节点域上、下两侧的薄壁钢管再生混合柱并与薄壁钢管焊接。
进一步地，所述FRP套箍由单层或多层FRP组成，所述FRP套箍位于大环板和小环板之间并通过环氧类胶黏剂环绕粘贴于薄壁钢管外侧，FRP套箍沿薄壁钢管再生混合柱的轴向的高度等于大环板和小环板之间的距离。
进一步地，所述组合肋板由两块翅板及两块连接板焊接而成，两块翅板为垂直于钢牛腿翼缘的直角梯形钢板，翅板的短边和长边分别与两块连接板焊接，直角边紧压住所述FRP套箍，两块连接板均与翅板垂直。
进一步地，与翅板短边焊接的连接板的形状为小环板的截段且与小环板由螺栓连接，与翅板长边焊接的连接板形状为大环板的截段且与大环板由螺栓连接，两块连接板的截段长度等于钢牛腿翼缘宽度。
进一步地，所述薄壁钢管再生混合柱由薄壁钢管、废弃混凝土块和新混凝土构成，废弃混凝土块位于薄壁钢管再生混合柱的钢管内部。
进一步地，所述废弃混凝土块与薄壁钢管之间以及不同废弃混凝土块之间的空隙填满新混凝土，废混凝土块与新混凝土的质量比为1：4～1：1。
进一步地，所述钢牛角的腹板与位于节点域的薄壁钢管焊接，翼缘与对应的大环板焊接成为整体，钢牛腿的截面尺寸与钢梁截面尺寸相同，长度大于钢梁高度的二分之一。
进一步地，所述废弃混凝土块为旧有建筑物、构筑物、道路、桥梁或堤坝拆除所得的去除全部或部分钢筋后的废弃混凝土块体。
采用上述技术方案，可以使本发明相对于现有技术具有如下的优点：
（1）薄壁钢管再生混合柱内以及节点域内无穿心部件，方便于浇筑废弃混凝土块。
（2）双层窄环板及组合肋板的存在，将钢梁对薄壁钢管的作用力分散，使得薄壁再生混合柱与钢梁连接节点的传力更加科学，对钢管的利用更加充分。
（3）节点域薄壁钢管外部包裹有FRP套箍，使得薄壁钢管在钢梁拉力作用下过早的局部屈曲得到了抑制。
（4）利用废旧混凝土块体进行浇筑，大大简化了废旧混凝土循环利用时的破碎、筛分、净化等处理过程，节省了大量人力、时间和能源,可实现废旧混凝土的高效循环利用。
（5）薄壁钢管再生混合柱所使用的的钢管为薄壁钢管，由此大大节约了钢材用量。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图。
图2是本发明实施例的竖向剖视示意图。
图3是本发明实施例的横向剖视示意图。
图中所示为：1-薄壁钢管再生混合柱；2-节点域；3-钢牛腿；4-大环板；5-小环板；6- FRP套箍；7-翅板；8-连接板；9-薄壁钢管；10-废弃混凝土块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施
方式不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明的过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
如图1至图3所示，一种薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，包括由薄壁钢管再生混合柱1与钢梁的交汇处形成的节点域2，对称设置在所述节点域2上、下侧的两套双层窄环板、FRP套箍6和组合肋板、对称设置在节点域2左、右两侧的钢牛腿3，所述钢梁通过钢牛腿3与节点域2及双层窄环板相连，所述双层窄环板包括平行设置的大环板4和小环板5，两套双层窄环板分别位于节点域2上、下两侧的薄壁钢管9外侧，所述FRP套箍环绕粘贴于大环板4和小环板5之间的薄壁钢管外侧，所述组合肋板通过螺栓对称连接在双层窄环板的大环板4和小环板5之间并紧压住所述FRP套箍。
具体而言，本实施例的所述大环板4和小环板5均垂直于薄壁钢管再生混合柱1的轴线，大环板4与钢牛腿3的翼缘共平面，大环板4、小环板5的厚度均为12mm，大环板4外径与内径之差为150mm，小环板5外径与内径之差为50mm，每组环板之间的距离为100mm。大环板4和小环板5紧套节点域2上、下两侧的薄壁钢管再生混合柱1并与薄壁钢管9焊接。
具体而言，本实施例的所述FRP套6由三层FRP组成，每层厚度为0.168mm，所述FRP套箍6位于大环板4和小环板5之间并通过环氧类胶黏剂环绕粘贴于薄壁钢管9外侧，FRP套箍6沿薄壁钢管再生混合柱1的轴向的高度FRP套箍6沿柱轴向高度为100mm。
具体而言，本实施例的所述组合肋板由两块翅板7及两块连接板8焊接而成，翅板7和连接板8的厚度均为12mm，翅板7短边长50mm，长边150mm，高100mm；两块翅板7为垂直于钢牛腿3翼缘的直角梯形钢板，翅板7的短边和长边分别与两块连接板8焊接，直角边紧压住所述FRP套箍6，两块连接板8均与翅板7垂直。
具体而言，本实施例中与翅板7短边焊接的连接板8的形状为小环板5的截段且与小环板5由螺栓连接，与翅板7长边焊接的连接板8形状为大环板4的截段且与大环板5由螺栓连接，两块连接板8的截段长度等于钢牛腿3翼缘宽度。
具体而言，本实施例的所述薄壁钢管再生混合1由薄壁钢管9、废弃混凝土块10和新混凝土构成，废弃混凝土块10位于薄壁钢管再生混合柱1的钢管内部，所述薄壁钢管9外径为400mm，壁厚为4mm。
具体而言，本实施例的所述废弃混凝土块10与薄壁钢管9之间以及不同废弃混凝土块10之间的空隙填满新混凝土，薄壁钢管再生混合柱内的新混凝土强度等级为C35，废弃混凝土块10的强度等级为C25，废弃混凝土块10与新混凝土的质量比为1:2。
具体而言，本实施例的所述钢牛腿3为焊接工字钢，宽度为200mm，高度为500mm，腹板沿薄壁钢管再生混合柱1径向的长度为500mm，钢牛腿3翼缘厚度为12mm，腹板厚度为14mm。所述钢牛角3的腹板与位于节点域2的薄壁钢管9焊接，翼缘与对应的大环板4焊接成为整体，钢牛腿3的截面尺寸与钢梁截面尺寸相同，长度大于钢梁高度的二分之一。
具体而言，本实施例中，所述废弃混凝土块10为旧有建筑物、构筑物、道路、桥梁或堤坝拆除所得的去除全部或部分钢筋后的废弃混凝土块体。
本实施例中，所述薄壁钢管9，钢牛腿3，环板4、小环板5、翅板7及连接板8均采用Q235b钢材，焊条采用E43型，焊剂F4A0，焊缝质量等级为R级。
如上所述，即可较好的实现本发明。
上述为本发明较佳的实施方法，但本发明的实施方式并不受上述内同的限制，其他的任何未北里本发明的精神实质与原理下所做的改变、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 (8)

1.一种薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：包括由薄壁钢管再生混合柱(1)与钢梁的交汇处形成的节点域(2)，对称设置在所述节点域(2)上、下侧的两套双层窄环板、FRP套箍(6)和组合肋板、对称设置在节点域(2)左、右两侧的钢牛腿(3)，所述钢梁通过钢牛腿(3)与节点域(2)及双层窄环板相连，所述双层窄环板包括平行设置的大环板(4)和小环板(5)，两套双层窄环板分别位于节点域(2)上、下两侧的薄壁钢管(9)外侧，所述FRP套箍环绕粘贴于大环板(4)和小环板(5)之间的薄壁钢管外侧，所述组合肋板通过螺栓对称连接在双层窄环板的大环板(4)和小环板(5)之间并紧压住所述FRP套箍，所述FRP套箍(6)由单层或多层FRP组成，所述FRP套箍(6)位于大环板(4)和小环板(5)之间并通过环氧类胶黏剂环绕粘贴于薄壁钢管(9)外侧，FRP套箍(6)沿薄壁钢管再生混合柱(1)的轴向的高度等于大环板(4)和小环板(5)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：所述大环板(4)和小环板(5)均垂直于薄壁钢管再生混合柱(1)的轴线，大环板(4)与钢牛腿(3)的翼缘共平面，大环板(4)和小环板(5)之间的距离不大于钢梁高的二分之一，大环板(4)的外径与内径之差不小于钢梁高的五分之一且不大于钢梁高的二分之一，小环板(5)外径与内径之差为大环板(4)外径与内径之差的三分之一，大环板(4)和小环板(5)紧套节点域(2)上、下两侧的薄壁钢管再生混合柱(1)并与薄壁钢管(9)焊接。
3.根据权利要求1所述的薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：所述组合肋板由两块翅板(7)及两块连接板(8)焊接而成，两块翅板(7)为垂直于钢牛腿(3)翼缘的直角梯形钢板，翅板(7)的短边和长边分别与两块连接板(8)焊接，直角边紧压住所述FRP套箍(6)，两块连接板(8)均与翅板(7)垂直。
4.根据权利要求3所述的薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：与翅板(7)短边焊接的连接板(8)的形状为小环板(5)的截段且与小环板(5)由螺栓连接，与翅板(7)长边焊接的连接板(8)形状为大环板(4)的截段且与大环板(5)由螺栓连接，两块连接板(8)的截段长度等于钢牛腿(3)翼缘宽度。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：所述薄壁钢管再生混合柱(1)由薄壁钢管(9)、废弃混凝土块(10)和新混凝土构成，废弃混凝土块(10)位于薄壁钢管再生混合柱(1)的钢管内部。
6.根据权利要求5所述的薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：所述废弃混凝土块(10)与薄壁钢管(9)之间以及不同废弃混凝土块(10)之间的空隙填满新混凝土，废弃混凝土块(10)与新混凝土的质量比为1：4～1：1。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：所述钢牛腿(3)的腹板与位于节点域(2)的薄壁钢管(9)焊接，翼缘与对应的大环板(4)焊接成为整体，钢牛腿(3)的截面尺寸与钢梁截面尺寸相同，长度大于钢梁高度的二分之一。
8.根据权利要求5所述的薄壁钢管再生混合柱与钢梁的双层窄环板-FRP节点，其特征在于：所述废弃混凝土块(10)为旧有建筑物、构筑物、道路、桥梁或堤坝拆除所得的去除全部或部分钢筋后的废弃混凝土块体。
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