CN108425429A - 钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构及组合结构的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构及组合结构的成型方法，包括钢管柱、两根工字钢悬臂梁一、一根工字钢悬臂梁二，钢管柱的四个侧壁上各有一工字槽口，工字钢悬臂梁二贯心穿过两个工字槽口；两根工字钢悬臂梁一分别通过一个工字槽口插入钢管柱中；工字钢悬臂梁一伸入钢管柱内的腹板垂直插入工字钢悬臂梁二的上、下翼缘之间，腹板的端面与工字钢悬臂梁二的腹板垂直贴合，工字钢悬臂梁与钢管柱焊接固定。本发明中梁柱连接处采用穿心连接，对应的滞回曲线饱满，有更好的耗能能力和变形性能；穿心连接节点承载能力好，更适合跨度较大的钢管混凝土柱梁连接，即主受力方向；梁上横向剪力可通过工字钢梁直接传递到核心混凝土上，受力更加明确。

Description

钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构及组合结构的成型方法

技术领域

本发明涉及建筑设施技术领域，尤其涉及钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构及组合结构的成型方法。

背景技术

近年来，随着我国集约型城市化发展战略的形成，对地下空间的开发利用越来越成为人们关注的重点。由于地下工程的特殊性，人们在原有的钢筋混凝土结构体系的基础上引入了钢管混凝土组合结构体系，钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互制约，即钢管对混凝土的约束作用，使混凝土处于三向受力状态，从而使混凝土的强度得以提高，脆性下降，塑性和韧性性能大为改善；同时，由于混凝土的变形，使钢管亦处于复杂应力状态，并增强了钢管壁的稳定性。

目前钢管混凝土梁柱节点的研究尚不够完善，在实际应用中仍旧存在诸多技术和施工问题，有的节点刚度不大，形成不了刚性节点，使得节点直接向钢管柱传递弯矩的能力较弱，从而使得钢管柱参与梁柱弯矩分配的能力较小，另外节点区域构造复杂，提高了施工难度，降低了施工进度，增加了材料运用等，不具有绿色施工优势。

发明内容

本发明旨在提供钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构及组合结构的成型方法，其结构简单，传力可靠，施工快速高效。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，包括矩形的钢管柱、工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二，工字型钢梁组件一包括两根工字钢悬臂梁一，工字型钢梁组件二包括一根工字钢悬臂梁二，钢管柱的四个侧壁上各设有一个工字槽口，所述工字钢悬臂梁二的一端依次穿过两个工字槽口从而贯心穿过钢管柱；两根工字钢悬臂梁一的一端分别通过另两个工字槽口中的其中一个工字槽口垂直插入钢管柱中，所述工字钢悬臂梁一和工字钢悬臂梁二与钢管柱焊接固定。

进一步的，工字钢悬臂梁一伸入钢管柱内一端的腹板有延长段，该延长段垂直插入工字钢悬臂梁二的上、下翼缘之间，延长段的端面与入工字钢悬臂梁二的腹板垂直贴合，延长段的顶面和底面与工字钢悬臂梁二的翼缘垂直贴合。

进一步的，工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二均还包括工字钢中间梁，所述工字钢悬臂梁一和工字钢悬臂梁二的自由端均固定连接有工字钢中间梁。

进一步的，工字钢中间梁与工字钢悬臂梁采用栓焊混合连接。

进一步的，工字钢悬臂梁一和工字钢悬臂梁二与钢管柱的连接处均设有加强板。

进一步的，工加强板包括L型板和多个肋板，L型板的竖直板与钢管柱外壁全熔透焊缝连接，肋板间隔设置在L型板的水平板上，肋板上端与水平板固接或一体制造，肋板下端与工字钢悬臂梁的翼缘焊接。

优选地，工字钢悬臂梁一和工字钢悬臂梁二的翼缘与钢管柱的外壁采用全熔透坡口焊缝连接，工字钢悬臂梁一和工字钢悬臂梁二的腹板与钢管柱外壁采用角焊缝连接。

其中，工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二外均设有纵筋和箍筋。

进一步的，工字槽口位于钢管柱的1/2高度处。

其中，钢管柱的横截面为长方形，工字钢悬臂梁一从钢管柱的短边侧插入钢管柱内。

基于上述钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构的钢管混凝土组合结构的成型方法，包括以下步骤：

步骤1，预制钢管柱、工字钢悬臂梁一、工字钢悬臂梁二和工字钢中间梁，连接钢管柱与工字钢悬臂梁，在工字钢悬臂梁的翼缘与钢管柱之间设置加强板；

步骤2，连接工字钢悬臂梁与工字钢中间梁，配置纵筋与箍筋；

步骤3，浇筑混凝土：在钢管柱内灌注混凝土，形成钢管混凝土柱；在工字钢悬臂梁一、工字钢悬臂梁二和工字钢中间梁外浇筑混凝土，形成工字钢混凝土梁。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1，本发明中梁柱连接处采用穿心连接，梁穿心连接对应的滞回曲线饱满，具有更好的耗能能力和变形性能；穿心连接节点承载能力良好，更适合跨度较大的钢管混凝土柱梁连接，即主受力方向；工字钢梁穿心贯通连接于钢管节点区，梁上横向剪力可通过工字钢梁直接传递到核心混凝土上，受力更加明确；

2.本发明中钢管外置，使得钢管混凝土柱在同等含钢率条件下，其截面惯性矩比钢筋混凝土柱大，增强了混凝土柱的承载能力；核心混凝土的存在，使钢管壁不可能发生局部屈曲，同时外置的钢管对核心混凝土具有套箍作用，提高了核心混凝土的抗压强度；施工过程中，钢管可直接作为浇筑混凝土的模板，钢管可提前预制，减少了支模时间，提高了施工进度，同时钢管混凝土在浇筑时，更便于混凝土的浇筑振捣，其构造简单、施工方便；

3.本发明中工字型钢设置在混凝土内部，增强了构件的延性，提高了结构的抗震性能和变形能力；相比钢筋混凝土梁而言，工字型钢混凝土梁具有更好的力学优势，例如工字钢翼缘宽，侧向刚度大，使其组合结构抗弯能力更强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是梁柱连接结构的三维立体图；

图3是梁柱连接结构的俯剖视图；

图4是钢管柱的结构示意图；

图5是工字钢悬臂梁二的结构示意图；

图6是工字钢悬臂梁一的结构示意图；

图7是设置有加强板时梁柱连接区的主视图；

图8是加强板的结构示意图；

图9是L型板的结构示意图；

图10是配置有箍筋和纵筋时工字型钢梁组件的主视图；

图11是工字钢悬臂梁与工字钢中间梁连接处的主视图；

图12是工字钢悬臂梁与工字钢中间梁连接处的侧视图；

图13是钢管混凝土组合结构的俯视图；

图中：1-钢管柱、2-工字钢悬臂梁一、3-工字钢悬臂梁二、4-工字槽口、5-全熔透坡口焊缝、6-加强板、7-纵筋、8-工字钢中间梁、9-栓焊混合连接、10-箍筋、21-翼缘、22-腹板、23-延长段、61-L型板、62-肋板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-13所示，本发明公开的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，包括矩形的钢管柱1、工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二，工字型钢梁组件一包括两根工字钢悬臂梁一2，工字型钢梁组件二包括一根工字钢悬臂梁二3，工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二均包括工字钢中间梁8。

如图1-4所示，钢管柱1的四个侧壁在1/2高度处各设有一个工字槽口4，工字钢悬臂梁二3的一端依次垂直穿过两个工字槽口4从而贯心穿过钢管柱1。两个工字钢悬臂梁一2的一端分别通过另两个工字槽口4中的其中一个工字槽口4垂直插入钢管柱1中。优选地，钢管柱1的横截面为长方形，工字钢悬臂梁二3通过钢管柱1矩形长边所在侧面预留的工字槽口4穿心贯通搭接在钢管柱1上，工字钢悬臂梁一2通过钢管柱1矩形短边所在侧面预留的工字槽口4垂直插入钢管柱1中。

如图3、6所示，工字钢悬臂梁一2的翼缘21穿过钢管柱1的钢管壁一段长度后逐渐变窄，最后仅剩腹板22，从而在工字钢悬臂梁一2的一端形成腹板22的延长段23，该延长段23垂直插入工字钢悬臂梁二3的上、下翼缘21之间，延长段23的端面与入工字钢悬臂梁二3的腹板22垂直贴合，延长段23的顶面和底面与工字钢悬臂梁二3的翼缘21垂直贴合。

其中，工字钢悬臂梁一2和工字钢悬臂梁二3与钢管柱1焊接固定。具体的，工字钢悬臂梁一2和工字钢悬臂梁二3的翼缘21与钢管柱1的外壁采用全熔透坡口焊缝5连接，工字钢悬臂梁一2和工字钢悬臂梁二3的腹板22与钢管柱1外壁采用角焊缝连接。

工字钢悬臂梁一2和工字钢悬臂梁二3的自由端均固定连接有工字钢中间梁8。如图1、11、12所示，工字钢中间梁8与工字钢悬臂梁采用栓焊混合连接9，工字钢中间梁8的腹板22与工字钢悬臂梁的腹板22采用高强栓－板连接，工字钢中间梁8的翼缘21与工字钢悬臂梁的翼缘21采用双面全焊透焊缝。

如图1、7所示，梁柱节点区均设有加强板6。如图7、8、9所示，工加强板6包括L型板61和多个肋板62，L型板61的竖直板与钢管柱1外壁全熔透焊缝连接，肋板62间隔设置在L型板61的水平板上，肋板62上端与水平板角焊缝焊接或一体制造，肋板62下端与工字钢悬臂梁的翼缘21角焊缝焊接，加强板6的宽度大于翼缘21的宽度。如图10所示，工字型钢梁组件外设有纵筋7和箍筋10，纵筋7与L型板61外表面焊接。

基于上述钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构的钢管混凝土组合结构的成型方法，包括以下步骤：

步骤1，在工厂中机加工钢管柱1、工字钢悬臂梁一2、工字钢悬臂梁二3、工字钢中间梁8以及加强板6，吊装钢管柱1、工字钢悬臂梁一2、工字钢悬臂梁二3以及加强板6，并进行焊接，形成组装结构，运输至现场。

步骤2，现场将工字钢中间梁8与组装结构中的工字钢悬臂梁进行栓焊混合连接；

步骤3，焊接纵筋7和捆扎箍筋10，浇筑混凝土，钢管柱1内灌注混凝土，形成钢管混凝土柱；在工字钢梁外浇筑混凝土，形成工字钢混凝土梁，如图13所示。在工字钢梁外浇筑混凝土前对相应位置的钢管壁表面打毛处理，当混凝土梁浇筑成型后，在混凝土梁与钢管柱1外壁接缝处采用压力灌胶嘴注入粘钢胶(例如环氧胶)进行连接处理；

步骤4，养护直至混凝土完全硬化，完成安装。

本发明中钢管外置，使得钢管混凝土柱在同等含钢率条件下，其截面惯性矩比钢筋混凝土柱大，增强了混凝土柱的承载能力；核心混凝土的存在，使钢管壁不可能发生局部屈曲，同时外置的钢管对核心混凝土具有套箍作用，提高了核心混凝土的抗压强度；施工过程中，钢管可直接作为浇筑混凝土的模板，钢管可提前预制，减少了支模时间，提高了施工进度，同时钢管混凝土在浇筑时，更便于混凝土的浇筑振捣，其构造简单、施工方便。而工字型钢设置在混凝土内部，增强了构件的延性，提高了结构的抗震性能和变形能力。

型钢混凝土梁常用的有工字钢梁和箱型梁等，本发明中选取工字钢梁，因为箱型混凝土梁节点是强梁弱柱型节点，工字钢混凝土梁节点是强柱弱梁型节点，后者更符合“强柱弱梁，强节点弱构件”准则；而且，型钢混凝土梁截面尺寸比钢筋混凝土梁小。

以下通过本发明的一个实施例在服役期间的性能进一步说明其优越性。

标准层高为4m，梁跨为10m的10层商业建筑，柱高H等于4m，柱截面尺寸为1000mm×800mm，钢管壁厚为20mm，梁横截面尺寸为900mm×400mm，悬臂梁外伸长度1000mm；梁横截面尺寸可得梁柱节点型钢尺寸为：600mm×200mm×12mm×20mm，其左右两侧混凝土保护层厚度为100mm，上下混凝土保护层厚度为150mm，其中，型钢距离纵筋90mm，纵向钢筋保护层厚度为60mm。在主受力方向，通过矩形长边所在侧面预留的工字槽口4穿心贯通搭接预制完成的工字钢悬臂梁二3，工字钢悬臂梁二3的尺寸为600mm×200mm×12mm×20mm，悬臂梁外伸距离为1000mm，并对穿心搭接处焊接。在次受力方向，通过矩形短边所在侧面预留的工字槽口4，使工字钢悬臂梁一2在节点区断开的穿心贯通插入，让其翼缘21板穿过钢管壁一段长度后逐渐变窄，仅剩腹板22，其腹板22与工字钢悬臂梁二3上、下翼缘21相切插入，其端面与工字钢悬臂梁二3的腹板22贴合，工字钢悬臂梁一2尺寸为600mm×200mm×12mm×20mm，工字钢悬臂梁一2的翼缘21板穿过钢管壁100mm后逐渐变窄，在200mm后仅剩腹板22。

在梁柱节点区的型钢翼缘与钢管壁相连处设置加强板6，加强板6的L型板61的尺寸为600mm长，280mm宽，90mm高，钢板厚15mm，L型板61上横向加肋板62，肋板62的尺寸为280mm×60mm×15mm，间距120mm。预制完成的工字钢中间梁8的尺寸为600mm×200mm×12mm×20mm，工字钢中间梁8与组装结构中的悬臂梁进行拼接。在L型板61表面，距离型钢翼缘面90mm，分别配置4根直径为20mm的HRB400纵筋，纵筋配筋率为0.7％，分布间距80mm，最左/右边纵筋距离L型板边缘20mm，在L型板上的焊接锚固长度为600mm。箍筋分布配置如下：直径10mm的HPB300箍筋，距离梁柱连接处50mm开始加密处理，加密区长度为1350mm，加密段间距为100mm，面积配筋率0.39％；非加密段分布间距为150mm，面积配筋率0.26％，采用135°弯起的封闭式箍筋，弯钩段长度100mm。

矩形钢管柱混凝土浇筑时，钢管柱作为浇筑模板，无需支模，直接采用人工逐层浇筑法；工字钢梁浇筑前，先进行现场支模工作，支模完成后方可浇筑。浇筑混凝土时，应首先保证型钢下翼缘板以下混凝土浇捣的密实度。因此应采用从型钢梁一侧下料振捣，使混凝土缓慢地从下翼缘板底挤向梁的另一侧，待混凝土高度超过下翼缘板面50mm后，改用两侧双人同时下料振捣，待混凝土超过上翼缘板面100mm后，再从梁的跨中部位向两侧延伸下料。浇筑完毕，养护直至混凝土完全硬化。

本发明中梁柱连接处穿心连接具有以下优势：穿心连接对应的滞回曲线饱满，具有更好的耗能能力和变形性能；穿心连接节点承载能力良好，更适合跨度较大的钢管混凝土柱梁连接，即主受力方向；工字钢梁穿心贯通连接于钢管节点区，梁上横向剪力可通过工字钢梁直接传递到核心混凝土上，受力更加明确。

当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于:包括矩形的钢管柱(1)、工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二，工字型钢梁组件一包括两根工字钢悬臂梁一(2)，工字型钢梁组件二包括一根工字钢悬臂梁二(3)，钢管柱(1)的四个侧壁上各设有一个工字槽口(4)，所述工字钢悬臂梁二(3)的一端依次穿过两个工字槽口(4)从而贯心穿过钢管柱(1)；两根工字钢悬臂梁一(2)的一端分别通过另两个工字槽口(4)中的其中一个工字槽口(4)垂直插入钢管柱(1)中；所述工字钢悬臂梁一(2)和工字钢悬臂梁二(3)与钢管柱(1)焊接固定。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：工字钢悬臂梁一(2)伸入钢管柱(1)内一端的腹板(22)有延长段(23)，该延长段(23)垂直插入工字钢悬臂梁二(3)的上、下翼缘(21)之间，延长段(23)的端面与入工字钢悬臂梁二(3)的腹板(22)垂直贴合，延长段(23)的顶面和底面与工字钢悬臂梁二(3)的翼缘(21)垂直贴合。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二均还包括工字钢中间梁(8)，所述工字钢悬臂梁一(2)和工字钢悬臂梁二(3)的自由端均固定连接有工字钢中间梁(8)。

4.根据权利要求3所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：工字钢中间梁(8)与工字钢悬臂梁采用栓焊混合连接(9)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：工字钢悬臂梁一(2)和工字钢悬臂梁二(3)与钢管柱(1)的连接处均设有加强板(6)。

6.根据权利要求5所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：加强板(6)包括L型板(61)和多个肋板(62)，L型板(61)的竖直板与钢管柱(1)外壁全熔透焊缝连接，肋板(62)间隔设置在L型板(61)的水平板上，肋板(62)上端与水平板固接或一体制造，肋板(62)下端与工字钢悬臂梁的翼缘焊接。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：工字型钢梁组件一和工字型钢梁组件二外均设有纵筋(7)和箍筋(10)。

8.根据权利要求1所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：工字槽口(4)位于钢管柱(1)的1/2高度处。

9.根据权利要求1或8所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构，其特征在于：钢管柱(1)的横截面为长方形，工字钢悬臂梁一(2)从钢管柱(1)的短边侧插入钢管柱(1)内。

10.基于权利要求1-9中任一项权利要求所述的钢管混凝土梁柱交叉连接节点结构的钢管混凝土组合结构的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，预制钢管柱(1)、工字钢悬臂梁一(2)、工字钢悬臂梁二(3)和工字钢中间梁(8)，连接钢管柱(1)与工字钢悬臂梁，在工字钢悬臂梁的翼缘(21)与钢管柱(1)之间设置加强板(6)；

步骤2，连接工字钢悬臂梁与工字钢中间梁(8)，配置纵筋(7)与箍筋(10)；

步骤3，浇筑混凝土：在钢管柱(1)内灌注混凝土，形成钢管混凝土柱；在工字钢悬臂梁一(2)、工字钢悬臂梁二(3)和工字钢中间梁(8)外浇筑混凝土，形成工字钢混凝土梁。