CN110453782A - 带削弱节段的钢混梁柱连接节点及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及装配式建筑施工技术领域，公开了一种带削弱节段的钢混梁柱连接节点及其施工方法。本发明包括混凝土柱，横梁，以及连接横梁与混凝土柱的削弱节，与横梁连接位置的混凝土柱表面设置有钢套筒，横梁端部设置有削弱节，削弱节端部设置有连接端板，连接端板一侧表面与钢套筒表面贴合设置，通过对拉螺杆固定，对拉螺杆穿过连接端板和混凝土柱后，通过锁紧螺母锁紧固定；削弱节为翼缘削弱的H型钢，上翼缘板和下翼缘板上分别对称设置有弧形削弱，弧形削弱与所连接的混凝土柱表面之间的距离a为削弱节翼缘板宽度的0.5‑0.75倍，弧形削弱与横梁端面之间的距离d为削弱节翼缘板宽度的0.5‑0.75倍，且满足d＜＜a。本发明结构简单，便于安拆，有效提高连接节点核心区的耗能性能。
Description
技术领域
本发明涉及装配式建筑施工技术领域，特别是涉及一种带削弱节段的钢混梁柱连接节点及其施工方法。
背景技术
随着国家大力推进城镇化和装配式建筑，装配式混凝土公共建筑和装配式混凝土住宅等市场需求潜力巨大。但目前国内的装配式混凝土结构施工工艺较为繁琐，导致施工效率低、施工质量难以保证等问题，较低的施工效率会导致工期延长，从而影响开发商的资金周转速度和开发热情，不利于装配式混凝土建筑的市场化发展。
我国属于地震多发的国家，对装配式混凝土公共建筑和装配式混凝土住宅设计和施工提出了更高耗能性能的要求。其中梁柱连接节点是影响框架力学性能的关键，同时受到轴力、弯矩和剪力的作用，传力机制复杂，是结构设计的难点和重点。
目前，我国施工领域中常用的梁柱连接节点一般是栓焊混合连接，具体的实施结构类型较多，但是这种连接方式在焊接缝处存在较为严重的应力集中，塑性铰距柱面较近，容易引起节点处的柱面腹板受剪屈曲、柱翼缘局部屈曲及梁端端板屈服，节点的延性和耗能能力较差，形成的连接节点和形成的框架结构抗震能力和耗能性能较差。
为了解决上述问题，通常在梁端部的节点位置加设盖板、加劲板或边板，对梁端实行加固，这种措施会使塑性铰水平外移，有利于改善抗震性能，但是梁端部的加强会额外增加钢梁的抗弯能力，对钢柱的截面要求会明显增大，无形中提高了设计的难度和施工成本。
发明内容
本发明提供一种结构简单，便于安拆，有效提高连接节点核心区的耗能性能，提高抗震性能的带削弱节段的钢混梁柱连接节点及其施工方法。
解决的技术问题是：
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，包括混凝土柱，横梁，以及连接横梁与混凝土柱的削弱节，其特征在于：与横梁连接位置的混凝土柱表面设置有钢套筒，横梁端部设置有削弱节，削弱节端部设置有连接端板，连接端板一侧表面与钢套筒表面贴合设置，并通过对拉螺杆固定，对拉螺杆穿过连接端板和混凝土柱后，通过锁紧螺母锁紧固定；削弱节为翼缘削弱的H型钢，上翼缘板和下翼缘板上分别对称设置有弧形削弱，弧形削弱与所连接的混凝土柱表面之间的距离a为削弱节翼缘板宽度的0.5-0.75倍，弧形削弱与横梁端面之间的距离d为削弱节翼缘板宽度的0.5-0.75倍，且满足d＜＜a。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，所述横梁为H型钢梁、钢筋混凝土梁或H型钢混凝土梁。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，所述削弱节与连接端板之间还设置有加固角钢，加固角钢一侧肢板与削弱节的上翼缘板或下翼缘板固定连接，另一侧肢板与连接端板贴合设置并通过对拉螺杆与混凝土柱固定，对拉螺杆水平穿过加固角钢、连接端板和混凝土柱后通过锁紧螺母固定。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，所述加固角钢中部竖直设置有三角形加劲板。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，所述钢套筒上对称开设有连接孔，相对设置的连接孔之间的混凝土柱内预留有连接孔道，横纵两个方向的连接孔道错开设置，上下相邻连接孔道之间的距离为2倍的连接孔道内径。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，所述弧形削弱的长度b为横梁纵截面高度的0.65-0.85倍，宽度c为削弱节翼缘板宽度的0.2-0.25倍。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，所述弧形削弱的宽度c通过公式①确定；
式中：
c为弧形削弱的宽度，mm；
Z为梁的全截面塑性模量；
z为削弱节的翼缘板设置弧形削弱后，横梁最小截面处的截面塑性模量；
Zf为梁翼缘部分的截面塑性模量；
bf为削弱节翼缘板的宽度，mm。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，所述公式①中的z通过公式②确定；
式中：
L′为相对塑性铰之间的跨度，mm；
Cf为梁端的屈服应力系数，0.9＜＜Cf＜＜1.0；
S为原始横梁的弹性截面模量；
Cν为剪力系数，取2.0；
mp为削弱截面的抗弯承载力；
β为材料的应变增强系数，1.0＜＜β＜＜1.1；
e为削弱截面中心点到柱表面的距离，mm。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点，进一步的，还设置有屈曲约束支撑构件，所述屈曲约束支撑构件的端部通过L形节点板与横梁和混凝土柱连接固定。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据施工设计需求，在工厂预制各构件；
步骤二、在削弱节的上翼缘板和下翼缘板上设置弧形削弱；
步骤三、将预制构件运送至施工现场；
步骤四、吊装预制柱并固定；
步骤五、吊起横梁并移动至连接位置，调整角度对齐后，通过对拉螺杆连接固定。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点及其施工方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点实现了梁柱节点的干式连接，通过对拉螺杆将横梁与混凝土柱贯穿连接，连接强度高；各构件均在工厂预制完成，现场工作量少，连接节点质量便于控制，连接简便易操作，并且可以装配更换，大大简化了施工工序，提高了施工效率，提高了施工便捷性。
本发明在横梁端部设置了削弱节进行耗能，并加强了削弱节与连接端板之间的连接强度，设置了加固角钢，实现了刚性连接节点的同时实现了塑性铰外移，控制塑性铰出现在梁端的削弱处，并充分发挥了钢材的塑性性能，提升了节点核心区的耗能性能，防止出现脆性破坏，解决了预制梁柱节点处抗剪性能和耗能性能不佳、梁柱节点核心区易发生节点的脆性破坏等问题。
本发明弧形削弱的设计参数主要是由削弱部位距柱的距离a和削弱部位距混凝土梁端的距离d共同决定的；通过大量的计算和研究，准确控制弧形削弱的设置位置和尺寸大小，控制塑性铰出现在削弱节，有效提高连接节点处核心区的耗能性能和框架结构的抗震性能。
下面结合附图对本发明的带削弱节段的钢混梁柱连接节点及其施工方法作进一步说明。
附图说明
图1为本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点的结构示意图；
图2为连接节点处的拆分结构示意图；
图3为连接节点处的俯视图；
图4为加固角钢的结构示意图。
附图标记：
1-混凝土柱；2-钢套筒；3-横梁；4-削弱节；5-连接端板；6-弧形削弱；7-对拉螺杆；8-加固角钢；9-三角形加劲板。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点包括混凝土柱1，横梁3，以及连接横梁3与混凝土柱1的削弱节4。
与横梁3连接位置的混凝土柱1表面设置有钢套筒2，钢套筒2上对称开设有连接孔，相对设置的连接孔之间的混凝土柱1内预留有连接孔道，横纵两个方向的连接孔道错开设置，上下相邻连接孔道之间的距离为2倍的连接孔道内径；钢套筒2在混凝土柱1预制的过程中预埋固定在混凝土内。
横梁3为H型钢梁、钢筋混凝土梁或H型钢混凝土梁，在工厂预制而成，端部设置有削弱节4，削弱节4与钢梁焊接固定或与钢梁端部一体成型，或者削弱节4在钢筋混凝土梁预制的过程中预埋设置在横梁3的端部位置，或者削弱节4与型钢混凝土梁内的型钢焊接固定或与型钢端部一体成型。
削弱节4为翼缘削弱的H型钢，一端与横梁3端部固定，另一端设置有连接端板5，连接端板5一侧表面与削弱节4焊接固定，另一侧表面与钢套筒2表面贴合设置，并通过对拉螺杆7固定；对拉螺杆7的公称直径不小于20mm，对拉螺杆7穿过连接端板5和混凝土柱1后，通过锁紧螺母锁紧固定，如果相对一侧也设置有横梁3，则对拉螺杆7依次穿过连接端板5、混凝土柱1和相对一侧的连接端板5，并通过锁紧螺母锁紧固定，将两侧的横梁3一体连接，既减少了连接件的设置数量，提高了施工便捷性和施工效率，而且一体连接，柱子两侧受力均衡。
削弱节4与连接端板5之间还设置有加固角钢8，加固角钢8一侧肢板通过螺栓与削弱节4的上翼缘板或下翼缘板固定连接，另一侧肢板与连接端板5贴合设置并通过对拉螺杆7与混凝土柱1固定，对拉螺杆7水平穿过加固角钢8、连接端板5和混凝土柱1后通过锁紧螺母固定；加固角钢8的长度与削弱节4的端部翼缘板宽度一致，加固角钢8中部竖直设置有三角形加劲板9。
本发明带削弱节4段的钢混梁柱连接节点处还可设置屈曲约束支撑构件，此时不再设置加固角钢8，屈曲约束支撑构件的端部通过L形节点板与横梁3和混凝土柱1可拆卸连接；L形节点板一侧肢板与削弱节4的翼缘板外表面贴合设置，另一侧肢板与钢套筒2外侧壁贴合设置，屈曲约束支撑构件的端部安装板分别与L形节点板贴合设置，并通过螺栓固定。
削弱节4的上翼缘板和下翼缘板上分别对称设置有弧形削弱6，弧形削弱6位于削弱节4的中段，与所连接的混凝土柱1表面之间的距离a为削弱节4翼缘板宽度的0.5-0.75倍，可以保证塑性铰出现在翼缘的削弱部位并减小对梁端刚度和强度的影响；弧形削弱6的长度b为横梁3纵截面高度的0.65-0.85倍，宽度c为削弱节4翼缘板宽度的0.2-0.25倍；弧形削弱6与横梁3端面之间的距离d为削弱节4翼缘板宽度的0.5-0.75倍，且满足d＜＜a。
弧形削弱6可以确保在大震作用下，塑性铰出现在梁端的翼缘削弱部位，即弧形削弱6处，同时减小削弱设计对横梁3刚度的影响，梁端附近(弧形削弱6部位)内部塑性铰的形成可以有效减少横梁3由于地震作用而在梁端部产生的应力集中现象。弧形削弱6的设计参数主要是由削弱部位距柱的距离a和削弱部位距混凝土梁端的距离d共同决定的。
更加精确的，弧形削弱6的宽度c通过公式①确定，可有效保证翼缘削弱部位的延性特性和对梁端刚度的影响。
式中：
c为弧形削弱6的宽度，mm；
Z为梁的全截面塑性模量；
z为削弱节4的翼缘板设置弧形削弱6后，横梁3最小截面处的塑性截面模量，通过公式②确定；
Zf为梁翼缘部分的截面塑性模量；
bf为削弱节4翼缘板的宽度，mm。
式中：
L′为相对塑性铰之间的跨度，mm；
Cf为梁端的屈服应力系数，0.9＜＜Cf＜＜1.0；
S为原始横梁3的弹性截面模量；
Cν为剪力系数，取2.0；
mp为削弱截面的抗弯承载力；
β为材料的应变增强系数，1.0＜＜β＜＜1.1；
e为削弱截面中心点到柱表面的距离，mm。
本发明带削弱节段的钢混梁柱连接节点的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、根据施工设计需求，在工厂预制各构件；
在工厂中，将钢套筒2预埋设置在混凝土柱1表面，并在对应的混凝土柱1内预留连接孔道；根据横梁3的施工种类的不同，在横梁3端部由型钢一体形成、焊接或预埋设置削弱节4。
步骤二、在削弱节4的上翼缘板和下翼缘板上设置弧形削弱6；
弧形削弱6与所连接的混凝土柱1表面之间的距离a为削弱节4翼缘板宽度的0.5-0.75倍，弧形削弱6与横梁3端面之间的距离d为削弱节4翼缘板宽度的0.5-0.75倍，且满足d＜＜a；弧形削弱6的长度b为横梁3纵截面高度的0.65-0.85倍；弧形削弱6的宽度c通过上述公式①和公式②确定。
根据确定的弧形削弱6的位置和大小，在削弱节4的上翼缘板和下翼缘板上对称切割弧形削弱6。
步骤三、将预制构件运送至施工现场；
步骤四、吊装预制柱并固定；
步骤五、吊起横梁3并移动至连接位置，调整角度对齐后，通过对拉螺杆7连接固定；
将连接端板5与钢套筒2对齐，若混凝土柱1相对两侧对称设置横梁3，同时吊升两侧的横梁3，校正对齐，将对拉螺杆7依次穿过连接端板5、混凝土柱1内预留的连接孔道和对侧的连接端板5，两端以锁紧螺母固定，完成两侧的横梁3与混凝土柱1的连接。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.带削弱节段的钢混梁柱连接节点，包括混凝土柱(1)，横梁(3)，以及连接横梁(3)与混凝土柱(1)的削弱节(4)，其特征在于：与横梁(3)连接位置的混凝土柱(1)表面设置有钢套筒(2)，横梁(3)端部设置有削弱节(4)，削弱节(4)端部设置有连接端板(5)，连接端板(5)一侧表面与钢套筒(2)表面贴合设置，并通过对拉螺杆(7)固定，对拉螺杆(7)穿过连接端板(5)和混凝土柱(1)后，通过锁紧螺母锁紧固定；削弱节(4)为翼缘削弱的H型钢，上翼缘板和下翼缘板上分别对称设置有弧形削弱(6)，弧形削弱(6)与所连接的混凝土柱(1)表面之间的距离a为削弱节(4)翼缘板宽度的0.5-0.75倍，弧形削弱(6)与横梁(3)端面之间的距离d为削弱节(4)翼缘板宽度的0.5-0.75倍，且满足d＜＜a。
2.根据权利要求1所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：所述横梁(3)为H型钢梁、钢筋混凝土梁或H型钢混凝土梁。
3.根据权利要求1所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：所述削弱节(4)与连接端板(5)之间还设置有加固角钢(8)，加固角钢(8)一侧肢板与削弱节(4)的上翼缘板或下翼缘板固定连接，另一侧肢板与连接端板(5)贴合设置并通过对拉螺杆(7)与混凝土柱(1)固定，对拉螺杆(7)水平穿过加固角钢(8)、连接端板(5)和混凝土柱(1)后通过锁紧螺母固定。
4.根据权利要求3所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：所述加固角钢(8)中部竖直设置有三角形加劲板(9)。
5.根据权利要求1所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：所述钢套筒(2)上对称开设有连接孔，相对设置的连接孔之间的混凝土柱(1)内预留有连接孔道，横纵两个方向的连接孔道错开设置，上下相邻连接孔道之间的距离为2倍的连接孔道内径。
6.根据权利要求1所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：所述弧形削弱(6)的长度b为横梁(3)纵截面高度的0.65-0.85倍，宽度c为削弱节(4)翼缘板宽度的0.2-0.25倍。
7.根据权利要求1所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：所述弧形削弱(6)的宽度c通过公式①确定；
式中：
c为弧形削弱(6)的宽度，mm；
Z为梁的全截面塑性模量；
z为削弱节(4)的翼缘板设置弧形削弱(6)后，横梁(3)最小截面处的截面塑性模量；
Zf为梁翼缘部分的截面塑性模量；
bf为削弱节(4)翼缘板的宽度，mm。
8.根据权利要求7所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：所述公式①中的z通过公式②确定；
式中：
L′为相对塑性铰之间的跨度，mm；
Cf为梁端的屈服应力系数，0.9＜＜Cf＜＜1.0；
S为原始横梁(3)的弹性截面模量；
Cν为剪力系数，取2.0；
mp为削弱截面的抗弯承载力；
β为材料的应变增强系数，1.0＜＜β＜＜1.1；
e为削弱截面中心点到柱表面的距离，mm。
9.根据权利要求1所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点，其特征在于：还设置有屈曲约束支撑构件，所述屈曲约束支撑构件的端部通过L形节点板与横梁(3)和混凝土柱(1)连接固定。
10.权利要求1-9任意一项所述的带削弱节段的钢混梁柱连接节点的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、根据施工设计需求，在工厂预制各构件；
步骤二、在削弱节(4)的上翼缘板和下翼缘板上设置弧形削弱(6)；
步骤三、将预制构件运送至施工现场；
步骤四、吊装预制柱并固定；
步骤五、吊起横梁(3)并移动至连接位置，调整角度对齐后，通过对拉螺杆(7)连接固定。
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