CN108978860B - 一种钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑结构工程领域，涉及一种钢管混凝土柱‑钢管混凝土梁节点连接结构，钢管混凝土柱的柱外钢管四周开有矩形口，前、后、左和右四个钢管混凝土梁的一端顶在矩形口上，左右两侧的钢管混凝土梁的梁外钢管上下壁焊接T型加强板，T型加强板还焊接连接在钢管混凝土柱体的柱外钢管上；钢管混凝土柱通过对穿螺栓在柱外钢管前后壁分别连接有一个开孔端板，前后两侧的钢管混凝土梁的梁外钢管上下壁焊接T型加强板，梁外钢管上下壁焊接的T型加强板也同时焊接在开孔端板上，三角片焊接在相邻的各T型加强板上，使相邻的各梁外钢管的T型加强板连接成整体。本发明传力明确，现场施焊工作量小、制作与施工方便、工程质量容易控制，节约工时。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构工程领域，涉及钢管混凝土结构，特别涉及一种钢管混凝土柱-钢管混凝土梁的节点连接结构设计。
背景技术
钢管混凝土结构由于自身的诸多优点，被推广应用到高层及超高层建筑、公路拱桥等领域，发展十分迅速。采用钢管混凝土结构的建筑所获得的综合经济效益已是不争的事实。目前，已有的建筑中最常见的是将钢管混凝土柱与钢梁或钢筋混凝土梁连接组成框架结构进行应用。而将钢管混凝土柱-钢管混凝土梁组合成整体框架结构进行应用尚属起步阶段。
建筑中梁与柱的连接节点是框架结构的传力枢纽，是建筑结构设计的关键部位。节点连接方式、材质及其尺寸、制作与施工等都能够影响采用钢管混凝土结构的建筑在荷载作用下的承载力大小，并直接影响施工周期及经济效益。通过合理的设计使结构节点在地震作用下具有较高的承载力和较好的耗能能力，对于提高建筑物的整体抗倒塌能力是十分必要的。钢管混凝土柱-钢管混凝土梁框架结构这种新型组合形式的节点设计目前还处于空白状态，是阻碍这种框架结构的工程应用与推广的关键因素之一。
已有的钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构节点及钢管混凝土柱-钢梁框架结构节点的主要连接结构有全螺栓连接、外加强环式连接、内加强环式连接及外伸内隔板式连接。实际工程应用表明，不同的节点连接结构优缺点各异。
传统的全螺栓连接，虽然减少了现场焊接工作量，但存在螺栓在同一水平面上交叉安装困难的弊端，同时在混凝土浇筑过程中可能产生粗骨料难以通过交叉的螺栓，导致浇筑不密实的情况产生。
传统的外加强环式连接、内加强环式连接及外伸内隔板式连接，总体焊接工作量大，虽然一部分焊接可在在工厂完成，但梁与柱壁的连接仍需要现场施焊，尤其是仰角施焊，存在施焊角度困难的困扰，对工人技术要求高。对于内加强环式连接及外伸内隔板式连接节点，还存在在钢管内部施焊的困难。
发明内容
发明目的
本发明提供一种承载力高、传力明确、构造简单的节点连接结构。该节点连接结构在吸取传统钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构及钢管混凝土柱-钢梁框架结构主要节点连接结构优点的基础上，针对现有技术存在的不足进行了优化，经济性良好，可实现高效便捷的现场施工。
技术方案
一种钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构，其特征在于：包括钢管混凝土柱、钢管混凝土梁、开孔端板、T型加强板、螺栓、三角片，钢管混凝土柱由柱外钢管和柱内混凝土构成，钢管混凝土梁由梁外钢管和梁内混凝土构成，钢管混凝土柱的柱外钢管四周开有矩形口，矩形口尺寸与钢管混凝土梁的梁外钢管内腔尺寸匹配，钢管混凝土柱前后两侧的柱外钢管壁在矩形口上下方开有螺栓孔，前、后、左和右四个钢管混凝土梁的一端顶在矩形口上，左右两侧的钢管混凝土梁的梁外钢管上下壁焊接T型加强板，T型加强板还焊接连接在钢管混凝土柱体的柱外钢管上；钢管混凝土柱通过对穿螺栓在柱外钢管前后壁分别连接有一个开孔端板，前后两侧的钢管混凝土梁的梁外钢管上下壁焊接T型加强板，梁外钢管上下壁焊接的T型加强板也同时焊接在开孔端板上，三角片焊接在相邻的各T型加强板上，使相邻的各梁外钢管上壁的T型加强板连接成整体，梁外钢管下壁的T型加强板也连接成整体。
所述开孔端板在上侧和下侧分别开有3个共计6个连接孔，每个连接孔皆穿过有对穿螺栓。
所述T型加强板为一侧开有两个弧形凹陷的矩形板材。
所述三角片大于相邻T型加强板之间的缝隙，三角片焊接于相邻T型加强板的上表面或下表面。
所述柱外钢管为正方形或长方形截面的钢管，柱外钢管四周开有的矩形口尺寸与钢管混凝土梁的梁外钢管内腔尺寸匹配，其中前后两侧的柱外钢管壁在矩形口上下方开有螺栓孔。
所述梁外钢管为正方形钢管或长方形截面的钢管，梁外钢管上壁靠近T型加强板处开有两个排气孔。
所述开孔端板中间开有矩形口，矩形口尺寸与梁外钢管内腔尺寸匹配。
所述柱外钢管在柱脚开有浇筑孔。
优点及效果
1.本发明提供的节点连接结构，一面采用螺栓连接一面采用焊接，相对于传统四面均采用螺栓连接的全螺栓节点连接结构，可避免混凝土在浇筑过程中，粗骨料受密集交叉螺栓阻碍难以通过，导致浇筑不密实的情况产生。传统的全螺栓节点连接结构，若四面的螺栓被设计在同一水平面上，会造成安装困难的弊端；若螺栓被设计成不在同一水平面上，又会造成开孔端板高度增加导致的材料浪费及结构自重增加等缺点。因此一面采用螺栓连接一面采用焊接的优化方式是有效的解决途径。
2.在传统的外加强环式节点连接结构、内加强环式节点连接结构及外伸内隔板式节点连接结构中，总体焊接工作量大，尤其对于内加强环式连接结构及外伸内隔板式连接结构，还存在着钢管内部施焊的困难。虽然内、外加强环或者外伸内隔板与柱壁的焊接可以在工厂完成，但梁与加强环或者外伸内隔板的连接仍需要现场施焊，尤其是仰角施焊，存在施焊角度困难的困扰，劳动强度高，焊接质量不易控制，主要依赖工人技术水平。针对上述问题，在本发明提供的节点连接结构中，将部分梁与柱的连接采用螺栓连接取代焊接，同时避免了在钢管内部进行施焊的设计，大大降低了总体焊接工作量和焊接难度，有利于提高工效。
3.在传统的外加强环式节点连接结构、内加强环式节点连接结构及外伸内隔板式节点连接结构中，内、外加强环或者外伸内隔板均被设计成一个整体构件，虽然有传力明确的优势，但体积大，不灵活，精确吊装到位耗时、耗力。针对这些问题，本发明提供的节点连接结构，将整体构件拆分成T型加强板和三角片几部分构件，T型加强板与梁焊接，再将三角片焊接在T型加强板上，分别使各梁上壁及下壁的T型加强板连接成整体。T型加强板增加了梁抗弯截面长度及高度，能够有效的传递梁端传来的弯矩，可有效的保护节点核心区，同时T型加强板与三角片焊接成整体，使节点受力传递明确，避免了由于内力传递路线转变突然，造成内力复杂的状况。这种优化即保留了传统节点设计中传力明确的效果，同时兼具各部分构件体积小，吊装灵活，省时省力的优点。
4.本发明提供的节点连接结构，梁钢管上、下壁与T型加强板及开孔端板的焊接可先在工厂完成，现场只需将三角片焊接在T型加强板上，分别使各梁上壁及下壁的T型加强板连接成整体。尽量将现场人工施焊转移到工厂内通过自动化焊接完成，降低工人现场焊接工作量及劳动强度，避免因工人技术水平差异造成工程质量难以控制。
5.本发明提供的节点连接结构，采用螺栓连接与焊接相结合的设计，结合了传统螺栓节点连接结构安装便捷，传统外加强环式节点连接结构、内加强环式节点连接结构及外伸内隔板式节点连接结构整体性好的优点，同时避免了上述连接结构在工程实际应用中的多种弊端，连接措施安全、施工便捷、具有良好的实用效果，有利于在工程实践中推广应用。
附图说明
图1为钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构俯视图；
图2为钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构右视剖面图；
图3 为钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构正视剖面图；
图4为开孔端板示意图；
图5为钢管混凝土柱截面为正方形的局部示意图；
图6为钢管混凝土柱截面为长方形的局部示意图
图7为钢管混凝土梁截面为正方形的局部示意图；
图8为钢管混凝土梁截面为长方形的局部示意图；
图9为螺栓示意图；
图10为T型加强板示意图；
图11为三角片示意图。
所述标注为：1. 柱外钢管、2. 柱内混凝土、3. 梁外钢管、4. 梁内混凝土、5.开孔端板、6.T型加强板、7.螺栓、8.钢管混凝土柱、9.矩形口、10.连接孔、11. 钢管混凝土梁、12.三角片、13.排气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，一种钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构，包括钢管混凝土柱8、钢管混凝土梁11、开孔端板5、T型加强板6、螺栓7、三角片12，钢管混凝土柱8由柱外钢管1和柱内混凝土2构成，钢管混凝土梁11由梁外钢管3和梁内混凝土4构成，钢管混凝土柱8的柱外钢管1四周开有矩形口，矩形口尺寸与钢管混凝土梁11的梁外钢管3内腔尺寸匹配，钢管混凝土柱8前后两侧的柱外钢管1壁在矩形口上下方开有螺栓孔，前、后、左和右四个钢管混凝土梁11的一端顶在矩形口上，左右两侧的钢管混凝土梁11的梁外钢管3上下壁焊接T型加强板6，T型加强板6还焊接连接在钢管混凝土柱体的柱外钢管1上；T型加强板6为一侧开有两个弧形凹陷的矩形板材。两个弧形凹陷为了避免应力集中。三角片12大于相邻T型加强板6之间的缝隙，三角片12焊接于相邻T型加强板6的上表面或下表面。钢管混凝土柱8通过对穿螺栓在柱外钢管1前后壁分别连接有一个开孔端板5，开孔端板在上侧和下侧分别开有3个共计6个连接孔10，每个连接孔10皆穿过有对穿螺栓。前后两侧的钢管混凝土梁11的梁外钢管3上下壁焊接T型加强板6，梁外钢管3上下壁焊接的T型加强板6也同时焊接在开孔端板5上，开孔端板5中间开有矩形口9，矩形口尺寸与梁外钢管3内腔尺寸匹配。三角片12焊接在相邻的各T型加强板6上，使相邻的各梁外钢管3上壁的T型加强板连接成整体，梁外钢管3下壁的T型加强板也连接成整体。所述柱外钢管1为正方形或长方形截面的钢管，柱外钢管1四周开有的矩形口尺寸与钢管混凝土梁11的梁外钢管内腔尺寸匹配，其中前后两侧的柱外钢管1壁在矩形口上下方开有螺栓孔。所述梁外钢管3为正方形钢管或长方形截面的钢管，梁外钢管3上壁靠近T型加强板6处开有两个排气孔13。排气孔13尺寸较小，不影响结构受力。在混凝土浇筑时能通过排气孔13排出梁外钢管3内部的气体，避免浇筑不实的情况产生。同时，可以通过排气孔13溢出的水泥浆判断梁外钢管3内混凝土的浇筑进度。柱外钢管1在柱脚开有浇筑孔，采用泵送顶升法使梁和柱内的混凝土完成整体连续浇筑。
首先在工厂内将开孔端板5中间开矩形口9及连接孔10，矩形口9尺寸与钢管混凝土梁11的梁外钢管3内腔尺寸匹配，连接孔10的尺寸与螺栓7的公称直径匹配。将左右两侧的梁外钢管3上、下壁与T型加强板6焊接，前后两侧的梁外钢管3与上下T型加强板6焊接后再一起焊接在开孔端板5上。在梁外钢管3上壁靠近T型加强板6处开排气孔13。然后将钢管混凝土柱8的柱外钢管1柱壁四面开矩形口，矩形口尺寸与钢管混凝土梁11的梁外钢管3内腔尺寸匹配。在钢管混凝土柱8的柱外钢管1前后侧的矩形口上下方开连接孔10，连接孔10的尺寸与螺栓7的公称直径匹配。将左右两侧钢管混凝土梁11及上下T型加强板6焊接在钢管混凝土柱8中的柱外钢管1上，使钢管混凝土梁11的外钢管3内腔与柱外钢管1壁上的矩形口相通，然后再将焊接好的前后两侧钢管混凝土梁11的梁外钢管3、上下T型加强板6及开孔端板5采用螺栓7连接在钢管混凝土柱8上，使钢管混凝土梁11的梁外钢管3内腔与柱外钢管1壁上的矩形口9相通。最后将三角片12焊接在相邻的两个T型加强板6上。采用泵送顶升法在钢管混凝土柱8的柱外钢管1柱脚的浇筑孔注入混凝土，实现钢管混凝土柱8和钢管混凝土梁11内的混凝土连续浇筑。在浇筑的过程中可通过观测排气孔13是否有水泥浆溢出来判断梁内混凝土的浇筑进度。
本钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构产品，相对于传统的钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构可以有效延缓梁根部混凝土开裂，提高建筑结构整体抗震性能，并可进一步降低梁横截面尺寸，增加建筑物有效使用空间。该框架结构在施工时可以将梁柱钢管统一安装到位，利用梁柱之间钢管连通的特性，实施一次性整体浇筑。相对于采用现浇钢筋混土梁，无需支模、绑扎钢筋和拆模等工序，便捷高效；相对于采用钢筋混凝土预制梁，由于浇筑前梁部分的空钢管重量较小，可减轻运输和吊装的工作量，降低安装施工难度。
本节点连接结构产品相对于传统的钢管混凝土柱-钢梁框架结构，可以进一步延缓梁的局部屈曲；且由于梁内部充填混凝土，能进一步增强结构整体耐火能力，降低防腐蚀保养费用，具有更高的经济效益优势。
此外，本节点连接结构产品在施工时采用自密实混凝土浇筑，整个浇筑过程免除繁琐的振捣工作，创造相对安静的施工环境，避免施工时对周边居民产生噪声污染，更加有利于环境保护。综上所述优点，钢管混凝土柱-钢管混凝土梁框架结构具有独特的优势和良好的工程应用前景。
在本发明提供的钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接设计中，部分梁与柱的连接采用螺栓取代全焊接连接，避免了在钢管内部进行施焊的工序，大大降低焊接难度、现场焊接工作量及对工人技术水平的要求，降低了劳动强度，有利于节省工时。
Claims (4)
1.一种钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构，其特征在于：包括钢管混凝土柱、钢管混凝土梁、开孔端板、T型加强板、螺栓、三角片，钢管混凝土柱由柱外钢管和柱内混凝土构成，钢管混凝土梁由梁外钢管和梁内混凝土构成，钢管混凝土柱的柱外钢管四周开有矩形口，矩形口尺寸与钢管混凝土梁的梁外钢管内腔尺寸匹配，钢管混凝土柱前后两侧的柱外钢管壁在矩形口上下方开有螺栓孔，前、后、左和右四个钢管混凝土梁的一端顶在矩形口上，左右两侧的钢管混凝土梁的梁外钢管上下壁焊接T型加强板，T型加强板还焊接连接在钢管混凝土柱体的柱外钢管上；钢管混凝土柱通过对穿螺栓在柱外钢管前后壁分别连接有一个开孔端板，前后两侧的钢管混凝土梁的梁外钢管上下壁焊接T型加强板，梁外钢管上下壁焊接的T型加强板也同时焊接在开孔端板上，三角片焊接在相邻的各T型加强板上，使相邻的各梁外钢管上壁的T型加强板连接成整体，梁外钢管下壁的T型加强板也连接成整体；
所述T型加强板为一侧开有两个弧形凹陷的矩形板材；
所述三角片大于相邻T型加强板之间的缝隙，三角片焊接于相邻T型加强板的上表面或下表面；
所述柱外钢管为正方形或长方形截面的钢管，柱外钢管四周开有的矩形口尺寸与钢管混凝土梁的梁外钢管内腔尺寸匹配，其中前后两侧的柱外钢管壁在矩形口上下方开有螺栓孔；
所述开孔端板中间开有矩形口，矩形口尺寸与梁外钢管内腔尺寸匹配。
2.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构，其特征在于：所述开孔端板在上侧和下侧分别开有3个共计6个连接孔，每个连接孔皆穿过有对穿螺栓。
3.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构，其特征在于：所述梁外钢管为正方形钢管或长方形截面的钢管，梁外钢管上壁靠近T型加强板处开有两个排气孔。
4.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱-钢管混凝土梁节点连接结构，其特征在于：所述柱外钢管在柱脚开有浇筑孔。
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