CN108532759B - 环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑结构的连接技术领域，公开了一种环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点及安装方法，其包括方钢管柱、工字型钢梁以及连接两者的梁柱连接组件，方钢管柱通过T形孔与圆钢管柱的T形连接侧板配合连接；梁柱连接组件包括对称设置的上下两组拼接板以及设置于两组拼接板之间并连接两者的T形连接件；每组拼接板包括四块相同的拼接板，拼接板包括水平部、垂直部和连接耳，水平部背面设置有T形滑件；T形连接件上设置有与T形滑件配合的T形滑槽。本发明实现了中心钢管柱的位置固定，连接节点采用特有的外环板式拼接连接，实现“强柱弱梁”的设计理念；所有构件的焊接均在工厂加工完成，现场全部通过螺栓连接，实现了完全装配化施工。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构的连接技术领域，具体而言，涉及一种环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点及安装方法。
背景技术
钢结构建筑具有强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好及工业化程度高等特点。钢结构构件通过连接节点组成结构体系，节点形式的选择对于结构整体性、可靠度、建设周期以及附属构件设计施工有着直接的影响。
外环板式节点是一种常见的节点形式，主要由环板、腹板抗剪连接板、钢管柱、钢梁等构成。钢管柱的一种常见形式是中空夹层钢管混凝土柱，中空夹层钢管混凝土柱是在内外两层同心钢管之间浇筑混凝土形成的组合构件，其内外层钢管取代了钢筋并对混凝土产生约束作用，构件整体具有抗弯刚度大、自重轻、抗震性能好和耐火性能好的特性，特别适用于高架桥墩、深海平台的支架柱、大直径柱、大尺寸灌注桩及可能遭遇冰冻荷载作用的土木工程领域。现有的中空夹层钢管混凝土柱中，中心钢管的位置难以固定，浇筑混凝土时无法确保内外柱子中心保持一致，造成施工不便，更不能保证与外环板式梁柱节点实现更好的连接。
钢管柱与钢梁的连接形式一般为栓焊混接，在实际工程运用中，一般需要对钢管柱进行焊接加强环板和腹板抗剪连接板，待其运输到现场后，外环板与钢梁翼缘板采用等强焊缝进行焊接，腹板与抗剪连接板采用高强螺栓连接。由于外环板在运输时容易损坏，现场还需与钢梁翼缘板焊接，导致现场焊接工作量大且焊接质量无法保证，运输和施工都比较不便。
现在钢结构建筑对梁柱连接节点的承载能力要求越来越高，针对以上问题，寻求一种现场施工简便，减少焊接工作量避免运输损坏的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点作为方钢管柱和钢梁的连接方式是非常重要的。
发明内容
本发明的主要目的在于针对上述问题提供一种新型的梁柱节点连接方式，保证了浇筑中心钢管柱的固定，实现了钢管混凝土组合节点产品化、标准化、装配化零焊接施工。
为了实现上述目的，本发明的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，包括方钢管柱、工字型钢梁以及连接两者的梁柱连接组件；
方钢管柱四角固定有连接角柱，连接角柱上设置有竖向的T形孔，方钢管柱中心设置有圆钢管柱，圆钢管柱上均布有四个T形连接侧板，T形连接侧板端部的T形结构与T形孔相匹配，T形连接侧板插入T形孔中将方钢管柱和圆钢管柱连接为一体；
梁柱连接组件包括对称设置的上下两组拼接板以及设置于两组拼接板之间并连接两者的T形连接件；
每组拼接板包括四块相同的标准拼接板，标准拼接板包括水平部、垂直部和连接耳，垂直部与方钢管柱侧面贴合，连接耳设置于垂直部两侧，与水平部垂直，相邻的标准拼接板的连接耳相互贴合，连接耳之间通过螺栓连接，水平部背面设置有T形滑件；
T形连接件包括相互垂直的连接板Ⅰ和连接板Ⅱ，连接板Ⅰ上下两端均设置有与T形滑件相配合的T形滑槽，T形滑槽沿连接板Ⅰ延伸并贯穿连接板Ⅱ；
标准拼接板的水平部与工字型钢梁的上下翼缘通过连接板Ⅲ搭接，T形滑件插于T形滑槽中，连接板Ⅱ与方钢管柱螺栓连接，连接板Ⅰ与工字型钢梁的腹板通过连接板Ⅳ搭接。
进一步的，连接角柱截面为等腰三角形。
进一步的，四块标准拼接板中的三块合为一体，成为C型拼接板，与另一块标准拼接板通过连接耳螺栓连接。
进一步的，四块标准拼接板中相邻的两块拼接板两两合为一体，成为半包型拼接板，两块半包型拼接板通过连接耳螺栓连接。
进一步的，相邻拼接板的连接耳通过高强螺栓连接。
进一步的，连接板Ⅱ与方钢管柱通过自锁螺栓连接。
进一步的，圆钢管柱与方钢管柱内壁之间浇筑自密实混凝土。
上述环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点的施工方法，包括以下步骤：
第一步：将预制好T形连接侧板的圆钢管柱通过方钢管柱四角的T形孔插入方钢管柱内；
第二步：将四个T形连接件的连接板Ⅱ通过自锁螺栓固定在方钢管柱四个侧面；
第三步：在圆钢管柱与方钢管柱内壁之间浇筑自密实混凝土；
第四步：将四块标准拼接板的T形滑件分别对准T形连接件的T形滑槽由外向内插入，使拼接板的垂直部紧贴方钢管柱外壁；
第五步：用高强螺栓将四块标准拼接板的连接耳紧紧固定在一起；
第六步：将工字型钢梁的上下翼缘与标准拼接板的水平部通过连接板Ⅲ搭接，腹板与连接板Ⅰ通过连接板Ⅳ搭接，采用上述连接方式依次完成四个方向的工字型钢梁与钢管柱的连接，至此节点的拼装完成。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过在圆钢管柱上预制T形连接侧板实现了中心钢管柱的位置固定，浇筑混凝土时确保内外柱子中心保持一致，在保证柱子承载能力的同时，进一步提高了结构的抗震性能；
(2)本发明的连接节点采用特有的外环板式拼接连接，拼接板之间通过高强螺栓连接，保证了节点域的强度，从而实现“强柱弱梁”的设计理念，保证了节点在地震作用下塑性铰产生在梁端；
(3)本发明的所有构件的焊接均在工厂加工完成，现场全部通过螺栓连接，实现了完全装配化施工，避免了现场焊接可能带来的质量问题，加快了施工进度，提高了劳动生产率，对推动装配式钢结构发展具有重要意义。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是方钢管柱结构示意图；
图3是圆钢管柱结构示意图；
图4是方钢管柱与圆钢管柱装配示意图；
图5是拼接板结构示意图；
图6是T形连接件结构示意图；
图7是本发明安装结构分解图；
图8是本发明安装步骤分解图；
图9是实施例2的拼接板拼接示意图；
图10是实施例3的拼接板拼接示意图；
其中，上述附图包括以下附图标记：1、方钢管柱；2、工字型钢梁；3、梁柱连接组件；4、连接角柱；5、T形孔；6、圆钢管柱；7、T形连接侧板；8、标准拼接板；9、T形连接件；10、水平部；11、垂直部；12、连接耳；13、T形滑件；14、连接板Ⅰ；15、连接板Ⅱ；16、T形滑槽；17、连接板Ⅲ；18、连接板Ⅳ。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，本发明的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，包括方钢管柱1、工字型钢梁2以及连接两者的梁柱连接组件3；
如图2所示，方钢管柱四角固定有连接角柱4，连接角柱截面为等腰三角形，两侧的角部通过点焊分别固定在方钢管柱内壁四个角处，连接角柱的高度与方钢管柱相同，连接角柱上设置有竖向贯通的T形孔5；
如图3所示，方钢管柱中心设置有圆钢管柱6，圆钢管柱上均布有四个T形连接侧板7，相邻的T形连接侧板相互垂直；如图4所示，T形连接侧板端部的T形结构与T形孔相匹配，T形连接侧板插入T形孔中将方钢管柱和圆钢管柱连接为一体；圆钢管柱与方钢管柱内壁之间浇筑自密实混凝土。
梁柱连接组件包括对称设置的上下两组拼接板以及设置于两组拼接板之间并连接两者的T形连接件9；
如图5所示，每组拼接板包括四块相同的标准拼接板8，标准拼接板包括水平部10、垂直部11和连接耳12，垂直部与方钢管柱侧面贴合，连接耳设置于垂直部两侧，与水平部垂直，相邻的标准拼接板的连接耳相互贴合，连接耳之间通过高强螺栓连接，水平部背面设置有T形滑件13；
如图6所示，T形连接件包括相互垂直的连接板Ⅰ14和连接板Ⅱ15，连接板Ⅰ上下两端均设置有与T形滑件相配合的T形滑槽16，T形滑槽沿连接板Ⅰ延伸并贯穿连接板Ⅱ；
如图7所示，连接时，标准拼接板的水平部与工字型钢梁的上下翼缘通过连接板Ⅲ17搭接，T形滑件插于T形滑槽中，连接板Ⅱ与方钢管柱通过自锁螺栓连接，连接板Ⅰ与工字型钢梁的腹板通过连接板Ⅳ18搭接，连接板Ⅳ对称设置于腹板两侧；上述搭接部分均采用普通螺栓即可。
带有四个T形连接侧板的圆钢管柱、标准拼接板和T形连接件等各构件均在工厂中提前预制好，作为标准件，现场只需安装即可，如图8所示，具体安装方法包括以下步骤：
第一步：将预制好T形连接侧板的圆钢管柱通过方钢管柱四角的T形孔插入方钢管柱内；
第二步：将四个T形连接件的连接板Ⅱ通过自锁螺栓固定在方钢管柱四个侧面；
第三步：在圆钢管柱与方钢管柱内壁之间浇筑自密实混凝土，通过自密实混凝土在自身重力作用下能够流动、密实的特性实现圆钢管柱和方钢管柱的紧密连接，从而形成一个整体；
第四步：将四块标准拼接板的T形滑件分别对准T形连接件的T形滑槽由外向内插入，使标准拼接板的垂直部紧贴方钢管柱外壁；
第五步：用高强螺栓将四块标准拼接板的连接耳紧紧固定在一起；
第六步：将工字型钢梁的上下翼缘与标准拼接板的水平部通过连接板Ⅲ搭接，腹板与连接板Ⅰ通过连接板Ⅳ搭接，采用上述连接方式依次完成四个方向的工字型钢梁与钢管柱的连接，至此节点的拼装完成。
实施例2
如图9所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，每组拼接板包括两块拼接板，其中一块拼接板与实施例1中的标准拼接板相同，另一块由实施例1中的三块标准拼接板合为一体，形成C型拼接板，保留两端的连接耳，与另一块标准拼接板的连接耳通过高强螺栓连接。
由于三合一形成的拼接板只能从一个方向滑入(与另一块标准拼接板相对的方向)，因此只保留中间的一个T形滑件即可，相应的，也只需在与之对应一侧的T形连接件上设置T形滑槽，其余两侧的T形连接件上无需设置T形滑槽。C型拼接板也在工厂预制成标准件，现场和标准拼接板组装即可。其他与实施例1相同。
实施例3
如图10所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，每组拼接板包括两块相同的拼接板，每块拼接板由实施例1中的两块标准拼接板合为一体构成，成为半包型拼接板，保留两端的连接耳，两块半包型拼接板的连接耳通过高强螺栓连接。
二合一形成的拼接板可以从两个方向择其一滑入，因此每块拼接板上原有的两个T形滑件择其一保留，另一个去掉即可，与之对应连接的T形连接件上的T形滑槽保留，其余的T形连接件上无需设置T形滑槽。半包型拼接板也作为标准件在工厂提前预制好，现场组装即可。其他与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，包括方钢管柱(1)、工字型钢梁(2)以及连接两者的梁柱连接组件(3)，其特征在于，
方钢管柱(1)四角固定有连接角柱(4)，连接角柱(4)上设置有竖向的T形孔(5)，方钢管柱(1)中心设置有圆钢管柱(6)，圆钢管柱(6)上均布有四个T形连接侧板(7)，T形连接侧板(7)端部的T形结构与T形孔(5)相匹配，T形连接侧板(7)插入T形孔(5)中将方钢管柱(1)和圆钢管柱(6)连接为一体；
梁柱连接组件(3)包括对称设置的上下两组拼接板以及设置于两组拼接板之间并连接两者的T形连接件(9)；
每组拼接板包括四块相同的标准拼接板(8)，标准拼接板(8)包括水平部(10)、垂直部(11)和连接耳(12)，垂直部(11)与方钢管柱(1)侧面贴合，连接耳(12)设置于垂直部(11)两侧，与水平部(10)垂直，相邻的标准拼接板(8)的连接耳(12)相互贴合，连接耳(12)之间通过螺栓连接，水平部(10)背面设置有T形滑件(13)；
T形连接件(9)包括相互垂直的连接板Ⅰ(14)和连接板Ⅱ(15)，连接板Ⅰ(14)上下两端均设置有与T形滑件(13)相配合的T形滑槽(16)，T形滑槽(16)沿连接板Ⅰ(14)延伸并贯穿连接板Ⅱ(15)；
标准拼接板(8)的水平部(10)与工字型钢梁(2)的上下翼缘通过连接板Ⅲ(17)搭接，T形滑件(13)插于T形滑槽(16)中，连接板Ⅱ(15)与方钢管柱(1)螺栓连接，连接板Ⅰ(14)与工字型钢梁(2)的腹板通过连接板Ⅳ(18)搭接。
2.根据权利要求1所述的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，其特征在于，四块标准拼接板(8)中的三块合为一体，成为C型拼接板，保留两端的连接耳(12)，与另一块标准拼接板(8)的连接耳(12)通过螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，其特征在于，四块标准拼接板(8)中相邻的两块标准拼接板(8)两两合为一体，成为半包型拼接板，保留两端的连接耳(12)，两块半包型拼接板的连接耳(12)通过螺栓连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，其特征在于，相邻拼接板的连接耳(12)通过高强螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，其特征在于，连接板Ⅱ(15)与方钢管柱(1)通过自锁螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，其特征在于，连接角柱(4)截面为等腰三角形。
7.根据权利要求1所述的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点，其特征在于，圆钢管柱(6)与方钢管柱(1)内壁之间浇筑自密实混凝土。
8.权利要求1所述的环板拼接式中空夹层钢管混凝土组合节点的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将预制好T形连接侧板(7)的圆钢管柱(6)通过方钢管柱(1)四角的T形孔(5)插入方钢管柱(1)内；
第二步：将四个T形连接件(9)的连接板Ⅱ(15)通过自锁螺栓固定在方钢管柱(1)四个侧面；
第三步：在圆钢管柱(6)与方钢管柱(1)内壁之间浇筑自密实混凝土；
第四步：将四块标准拼接板(8)的T形滑件(13)分别对准T形连接件(9)的T形滑槽(16)由外向内插入，使标准拼接板(8)的垂直部(11)紧贴方钢管柱(1)外壁；
第五步：用高强螺栓将四块标准拼接板(8)的连接耳(12)紧紧固定在一起；
第六步：将工字型钢梁(2)的上下翼缘与标准拼接板(8)的水平部(10)通过连接板Ⅲ(17)搭接，腹板与连接板Ⅰ(14)通过连接板Ⅳ(18)搭接，采用上述连接方式依次完成四个方向的工字型钢梁(2)与钢管柱的连接，至此节点的拼装完成。
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