CN109537724B - 一种单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点及其施工方法，包括矩形钢管柱，H型钢梁，梁端外伸端板，上、下矩形套箍；所述梁端外伸端板固定连接在H型钢梁的端部，并通过单向锁紧高强螺栓与矩形钢管柱固定连接；所述上、下矩形套箍分别套设在梁端外伸端板上、下端部外将其压紧在矩形钢管柱上；所述上、下矩形套箍均通过单向锁紧高强螺栓与矩形钢管柱、梁端外伸端板固定连接。本发明现场采用全螺栓连接，使钢梁的定位施工方便，现场无焊缝，便于实现工厂化预制，现场组装，提高现场施工效率；并将不连续的梁连为一体，提高了结构的整体性和节点的延性，在连续倒塌工况下，能够形成悬链线效应，提高偶然荷载作用下结构的抗连续倒塌能力。

Description

一种单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程，特别涉及一种单边螺栓连接矩形钢管柱-H型钢梁抗连续倒塌加固节点及其施工方法。

背景技术

结构发生连续倒塌是指结构在正常使用条件下，由于偶然事件的发生，引起结构发生初始局部损伤，并且这种损伤向其它部位传播，最终引起与初始局部损伤不成比例的大面积破坏甚至结构整体性倒塌破坏。连续倒塌一旦发生，将造成严重的生命财产损失，并产生恶劣的社会影响。因而，如何减少局部破坏对整体结构的影响，并防止结构因局部破坏而导致连续性倒塌，得到了研究者们的高度重视。

随着装配式钢结构建筑产业化政策密集型出台，提出积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑。在目前装配式钢框架中矩形钢管柱的应用逐渐增多，相比热轧H型钢，矩形钢管柱没有明显的弱轴且具有较大的抗扭刚度，在框架体系中可充分发挥其承载能力，是多层钢框架设计中重要的柱截面形式。但由于矩形钢管柱自身是闭口截面，无法为高强螺栓连接的施工提供空间，很难像H型钢柱一样用常规高强螺栓进行装配式连接。梁柱的节点连接技术是装配式钢框架结构体系中最核心的技术，其连接构造及节点性能对整个体系的性能起到十分重要的控制作用，因此，节点是钢框架结构抵抗偶然荷载、冲击荷载的软肋，一旦节点丧失承载能力则必将导致结构倒塌。

目前已有的钢结构矩形钢管柱-H型钢梁连接节点的主要类型为：穿芯螺栓端板连接、梁翼缘通过连接件与柱壁连接以及柱壁开孔补焊连接形式。虽然连接形式多样，但却都存在着一定程度的缺陷：穿芯螺栓端板连接需要特制的贯通柱截面的长对拉高强螺栓，加工及施工精度要求非常高，施工效率降低；连接件式节点的梁翼缘采用高强螺栓，虽然提高了节点的延性和抗震性能，减少了现场焊接量有利于现场安装施工，但是由于钢管内没有内隔板传力，钢管柱很容易出现柱壁局部屈曲。柱壁开孔补焊连接通常需在钢管壁上开设临时施工洞或者截断，通过该施工洞在钢管内侧安装螺母，再将临时施工洞现场补焊，这种方法不仅施工效率低,而且临时施工洞破坏了原钢管的整体性，现场补焊引入了焊接残余应力。单边螺栓连接节点的出现解决了上述问题，单边螺栓连接矩形钢管柱-H型钢梁梁端外伸端板式连接节点具有广阔的应用前景。

但是，结构在特殊荷载作用下的安全储备较低，一旦遭受的爆炸、地震或交通工具撞击等特殊荷载的作用时，极易造成关键承重柱或关键节点承载能力的丧失，进而引发连续性倒塌。在结构的抗连续倒塌设计中，当竖向承重构件破坏后，梁柱节点都扮演着十分重要的角色。结构内部是否具有足够多有效的内力充分配路径，决定了在大变形下“悬链线效应”是否能够有效的形成，单边螺栓连接矩形钢管柱-H型钢梁梁端外伸端板式连接节点在连续倒塌工况下由于梁不连续，所以大变形下“悬链线效应”难以形成，因此对已有连接节点和新建连接节点的抗连续倒塌加固措施变得十分重要。

因此，工程中需要提供一种施工便捷、能有效提高矩形钢管柱-H型钢梁抗连续倒塌抗连续倒塌能力且综合成本低的全螺栓装配式连接节点，能大大提高H型钢梁与矩形钢管柱组成的框架结构的受力性能和整体性。

发明内容

本发明的目的是克服现有H型钢梁与矩形钢管柱节点技术的不足，提供一种施工方便、承载性能的单边螺栓连接矩形钢管柱-H型钢梁抗连续倒塌加固节点及其施工方法，提高单边螺栓连接矩形钢管柱-H钢梁抗连续倒塌能力，充分适应多高层装配式钢结构体系的要求与特点。

本发明所采用的技术方案是：一种单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点，包括矩形钢管柱、H型钢梁、梁端外伸端板、上矩形套箍和下矩形套箍；

所述梁端外伸端板固定连接在所述H型钢梁的端部，同时，所述梁端外伸端板与所述矩形钢管柱的壁板相贴合并通过单向锁紧高强螺栓与所述矩形钢管柱的壁板固定连接；所述梁端外伸端板的上、下端部分别伸出所述H型钢梁的上、下翼缘外；

所述上矩形套箍和下矩形套箍分别套设在所述梁端外伸端板上、下端部的外侧，并将所述梁端外伸端板压紧在所述矩形钢管柱上；所述上矩形套箍和下矩形套箍均通过单向锁紧高强螺栓与所述矩形钢管柱、梁端外伸端板固定连接。

进一步的，所述上矩形套箍为预制焊接式上矩形套箍，由四块上翼缘盖板预制焊接而成的矩形闭合箍；所述下矩形套箍为预制焊接式下矩形套箍，由四块下翼缘盖板预制焊接而成的矩形闭合箍。

或者，所述上矩形套箍为翼缘板螺栓连接式上矩形套箍，由四块上翼缘盖板通过螺栓相互连接而成的矩形闭合箍；所述下矩形套箍为翼缘板螺栓连接式下矩形套箍，由四块下翼缘盖板通过螺栓相互连接而成的矩形闭合箍。

其中，所述上矩形套箍和所述下矩形套箍的尺寸根据所述矩形钢管柱的截面大小确定。

其中，所述上矩形套箍和所述下矩形套箍的厚度均大于或等于所述矩形钢管柱的壁厚；所述上矩形套箍和所述下矩形套箍与所述矩形钢管柱之间的距离等于所述梁端外伸端板的厚度。

本发明所采用的另一技术方案是：一种上述单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点的施工方法，包括以下步骤：

步骤1，制作矩形钢管柱、H型钢梁、上矩形套箍、下矩形套箍、梁端外伸端板，并将H型钢梁与梁端外伸端板工厂预先焊接；

步骤2，安装下矩形套箍：下矩形套箍套在梁端外伸端板下端部的外侧，并通过单向锁紧高强螺栓与矩形钢管柱和梁端外伸端板连接；

步骤3，安装上矩形套箍：上矩形套箍套在梁端外伸端板上端部的外侧，并通过单向锁紧高强螺栓与矩形钢管柱和梁端外伸端板连接，完成节点的拼接安装。

本发明的有益效果是：

1.上、下矩形套箍不拘泥于一种形式，可以根据矩形钢管柱及H型钢梁的截面大小以及框架节点的传力情况进行设计，形式多样；上、下矩形套箍和上、下不等肢角钢的加工制作，均可由工厂批量生产，生产效率高、质量可靠；

2.上、下矩形套箍分别套在H型钢梁梁端外伸端板处，通过单向锁紧高强螺栓与矩形钢管柱连接，矩形套箍的存在提高了矩形钢管柱对单向锁紧高强螺栓的锚固作用，有效防止矩形钢管柱因柱壁太薄造成局部屈曲及单向锁紧高强螺栓锚固不足，增强矩形钢管柱和节点的整体受力性能；

3.本发明的节点对钢管柱的破坏较少，承载力提高，无焊缝，应力集中现象不明显，而且能够使钢梁的定位施工方便，便于实现工厂化预制，现场组装，提高现场施工效率，将不连续的梁连为一体，保证关键承重构件失效后，在大变形下“悬链线效应”能够有效的形成，提高了结构的整体性和节点的延性，减缓了偶然荷载作用下结构局部关键承重构件失效时的动力效应，有效的提高结构的抗连续倒塌能力，既可以用于新建建筑的抗倒塌设计及施工中，也可对已建建筑进行抗倒塌加固。

附图说明

图1：本发明单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点的结构三维空间示意图；

图2：本发明单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点的结构平面示意图；

图3：本发明单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点的正立面示意图；

图4：本发明的预制焊接式上矩形套箍立体示意图；

图5：本发明的预制焊接式下矩形套箍立体示意图；

图6：本发明的翼缘板螺栓连接式上矩形套箍立体示意图；

图7：本发明的翼缘板螺栓连接式下矩形套箍立体示意图；

附图标注：1-矩形钢管柱，2-H型钢梁，3-梁端外伸端板，4-单向锁紧高强螺栓，5-预制焊接式上矩形套箍，6-预制焊接式下矩形套箍，5’-翼缘板螺栓连接式上矩形套箍，6’-翼缘板螺栓连接式下矩形套箍，51-上翼缘盖板，61-下翼缘盖板，51’-上翼缘盖板，61’-下翼缘盖板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1至图7所示，一种单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点，包括矩形钢管柱1、H型钢梁2、梁端外伸端板3、单向锁紧高强螺栓4、上矩形套箍和下矩形套箍。

所述矩形钢管柱1选用焊接箱型组合截面柱，由工厂预先焊接加工而成。

所述梁端外伸端板3固定连接在所述H型钢梁2的端部，同时，所述梁端外伸端板3与所述矩形钢管柱1的壁板相贴合并通过单向锁紧高强螺栓4与所述矩形钢管柱1的壁板固定连接。所述梁端外伸端板3的长度大于所述H型钢梁2的高度，其上、下端部分别伸出所述H型钢梁2的上、下翼缘外；在所述梁端外伸端板3和所述矩形钢管柱1柱壁的相应位置上都开设有多个螺栓孔。

所述上矩形套箍为预制焊接式上矩形套箍5，由四块上翼缘盖板51在工厂预制焊接而成的矩形闭合箍；所述下矩形套箍为预制焊接式下矩形套箍6，由四块下翼缘盖板61在工厂预制焊接而成的矩形闭合箍；或者，所述上矩形套箍为翼缘板螺栓连接式上矩形套箍5’，由四块上翼缘盖板51’通过高强螺栓现场相互连接而成的矩形闭合箍；所述下矩形套箍为翼缘板螺栓连接式下矩形套箍6’，由四块下翼缘盖板61’通过高强螺栓现场相互连接而成的矩形闭合箍。

所述上矩形套箍和所述下矩形套箍的尺寸根据所述矩形钢管柱1的截面大小确定。所述上矩形套箍和所述下矩形套箍的厚度均大于或等于所述矩形钢管柱1的壁厚；所述上矩形套箍与所述矩形钢管柱1之间的距离、所述下矩形套箍与所述矩形钢管柱1之间的距离均等于所述梁端外伸端板3的厚度。

所述上矩形套箍和下矩形套箍分别套设在所述梁端外伸端板3上、下端部的外侧，并将所述梁端外伸端板3压紧在所述矩形钢管柱1上；所述上矩形套箍和下矩形套箍均通过多个单向锁紧高强螺栓4与所述矩形钢管柱1、梁端外伸端板3固定连接在一起，有效防止矩形钢管柱1因柱壁太薄造成局部屈曲及单向锁紧高强螺栓4锚固不足，提高了矩形钢管柱1与H型钢梁2单向锁紧高强螺栓4连接处的承载力，可以增强矩形钢管柱1和节点的整体受力性能；同时，将不连续的梁连为一体，同时兼顾柱的连续性，提高了结构的整体性和节点的延性，减缓了偶然荷载作用下结构局部关键承重构件失效时的动力效应，有效的提高结构的抗连续倒塌能力。

上述单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点的合理连接顺序为：

1.工厂制作矩形钢管柱1、H型钢梁2、上矩形套箍、下矩形套箍、梁端外伸端板3，并将H型钢梁2与梁端外伸端板3工厂预先焊接；

上矩形套箍和下矩形套箍的制作方法如下：

第一种方法：经过规则截面尺寸的设计后，由矩形钢板(上翼缘盖板51、下翼缘盖板61)工厂预制焊接而成，形成矩形的闭合箍；

第二种方法：经过规则截面尺寸的设计后，由翼缘盖板(上翼缘盖板51’、下翼缘盖板61’)通过高强螺栓现场连接而成，形成矩形的闭合箍。

2.安装下矩形套箍：下矩形套箍套在矩形钢管柱1上初步定位，并通过单向锁紧高强螺栓4与矩形钢管柱1和梁端外伸端板3连接，有效防止矩形钢管柱1因柱壁太薄造成局部屈曲及单向锁紧高强螺栓4锚固不足，可以增强矩形钢管柱1和节点的整体受力性能；

3.安装上矩形套箍：上矩形套箍套在矩形钢管柱1外侧和梁端外伸端板3的外侧，并通过单向锁紧高强螺栓4与矩形钢管柱1和梁端外伸端板3连接；

4.当本层结构安装完成后，将单向锁紧高强螺栓4进行终拧，完成节点的拼接安装。

本发明的节点现场采用全螺栓连接，能够使钢梁的定位施工方便，现场无焊缝，便于实现工厂化预制，现场组装，提高现场施工效率。同时将不连续的梁连为一体，提高了结构的整体性和节点的延性，在连续倒塌工况下，能够形成悬链线效应，有效的提高偶然荷载作用下结构的抗连续倒塌能力，既可以用于新建建筑的抗倒塌设计及施工中，也可对已建建筑进行抗倒塌加固。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点，包括矩形钢管柱(1)、H型钢梁(2)，其特征在于，包括梁端外伸端板(3)、上矩形套箍和下矩形套箍；

所述梁端外伸端板(3)固定连接在所述H型钢梁(2)的端部，同时，所述梁端外伸端板(3)与所述矩形钢管柱(1)的壁板相贴合并通过单向锁紧高强螺栓(4)与所述矩形钢管柱(1)的壁板固定连接；所述梁端外伸端板(3)的上、下端部分别伸出所述H型钢梁(2)的上、下翼缘外；

所述上矩形套箍和下矩形套箍分别套设在所述梁端外伸端板(3)上、下端部的外侧，并将所述梁端外伸端板(3)压紧在所述矩形钢管柱(1)上；所述上矩形套箍和下矩形套箍均通过单向锁紧高强螺栓(4)与所述矩形钢管柱(1)、梁端外伸端板(3)固定连接；

所述上矩形套箍为预制焊接式上矩形套箍(5)，由四块上翼缘盖板(51)预制焊接而成的矩形闭合箍；所述下矩形套箍为预制焊接式下矩形套箍(6)，由四块下翼缘盖板(61)预制焊接而成的矩形闭合箍；或者，所述上矩形套箍为翼缘板螺栓连接式上矩形套箍(5’)，由四块上翼缘盖板(51’)通过螺栓相互连接而成的矩形闭合箍；所述下矩形套箍为翼缘板螺栓连接式下矩形套箍(6’)，由四块下翼缘盖板(61’)通过螺栓相互连接而成的矩形闭合箍；

所述上矩形套箍和所述下矩形套箍的尺寸根据所述矩形钢管柱(1)的截面大小确定；

所述上矩形套箍和所述下矩形套箍的厚度均大于或等于所述矩形钢管柱(1)的壁厚；所述上矩形套箍和所述下矩形套箍与所述矩形钢管柱(1)之间的距离等于所述梁端外伸端板(3)的厚度。

2.一种上述权利要求1所述的单边螺栓连接梁柱抗连续倒塌加固节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，制作矩形钢管柱(1)、H型钢梁(2)、上矩形套箍、下矩形套箍、梁端外伸端板(3)，并将H型钢梁(2)与梁端外伸端板(3)工厂预先焊接；

步骤2，安装下矩形套箍：下矩形套箍套在梁端外伸端板(3)下端部的外侧，并通过单向锁紧高强螺栓(4)与矩形钢管柱(1)和梁端外伸端板(3)连接；

步骤3，安装上矩形套箍：上矩形套箍套在梁端外伸端板(3)上端部的外侧，并通过单向锁紧高强螺栓(4)与矩形钢管柱(1)和梁端外伸端板(3)连接，完成节点的拼接安装。