CN110863569B - 滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系 - Google Patents

滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了滑动式复式钢管混凝土柱‑梁节点及柱‑柱连接体系，由复式钢管混凝土柱、钢梁、加劲部件及传力滑动装置组成。复式钢管混凝土柱由外钢管和内钢管组成；加劲部件包括纵向的PBL加劲肋、横隔板及横隔板间的纵向加劲肋组成；传力滑动装置则由外管和内管开槽板及销钉组成；钢梁则焊接在外管，其上开有螺栓孔，可与外部钢梁通过螺栓连接。该体系可以通过滑动传力装置使内管高出外管，先将内管焊接，而后落下外管进行焊接，避免了工人进入管内焊接的危险性，极大地方便了柱‑柱的连接；本发明由工厂事先预制完成，安装方便，传力明确可靠，可极大地适应工业化的需求，提高了施工效率并缩短了施工工期。

Description

滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系
技术领域
本发明涉及一种滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，本发明属于土木工程的超高层建筑结构工程技术领域。
背景技术
现代建筑工程中超高层建筑以及大直径桥墩越来越多，常规的结构形式已不满足结构设计要求，越来越多的组合结构形式应用到实际工程中，其中，复式钢管混凝土柱既继承了钢结构和钢筋混凝土结构各自的优点，也克服了两者的缺点而产生的一种新型的体系结构。由多重钢管组成的复式钢管混凝土柱在下列情况中具有较好的适用性：(1)为提高钢管混凝土柱的耐火安全性：(2)为加固现存的钢管混凝土柱；(3)为避免在尺度较大的柱中采用管壁厚度较大的钢管 (厚板材供应和加工制作都较困难)。
钢管混凝土柱已在国内得到了极大的应用，但在具体工程中也存在许多问题，例如，(1)在高层及超高层建筑中，随着柱截面尺寸的增大，钢管的壁厚较厚，从而导致钢管混凝土用钢管焊接、制作要求较高。(2)钢管直接暴露在空气中，其防火、防腐蚀性能差，因此需要设置防火层，后期维护成本高。(3) 虽然近年来已经有关于薄壁钢管混凝土的研究，但对于薄壁钢管混凝土来说，其承载力是极不稳定的，因为其对于局部缺陷很敏感，故在高层及超高层中应用存在极大的安全隐患。而复式钢管混凝土柱却可以很好的避免上述问题：1. 抗压承载力高：外钢管既对夹层混凝土提供约束，亦对核心混凝土产生约束作用，故整体的承载力得到提高；2.塑性和韧性好：双钢管混凝土中的混凝土对内钢管和外钢管起到很好的支撑作用，能够延缓钢管尤其是内钢管的局部失稳；3. 耐火性能好：内钢管被外钢管及夹层混凝土包裹，温度比直接受热的外钢管低，在遭受火灾时能够保证柱的外钢管软化后仍具有较高的承载力，延长了耐火极限时间；4.降低钢管的壁厚：同含钢率以及外钢管尺寸相同情况下，双钢管混凝土柱轴压承载力一般要大于单钢管混凝土柱；5.减小混凝土的收缩：通过复合柱截面中部的圆钢管，将截面混凝土分成两部分，减小了内部混凝土的收缩绝对值，在徐变等不利因素作用下，由于内外钢管的存在，复合柱有更强的内力重分布能力。
但结合工程实际，复式钢管混凝土柱的梁柱节点处的传力问题以及上下柱的内管的连接问题是其关键难点问题。常规的钢管混凝土柱的梁柱连接方式及柱与柱的连接问题并不能完全照搬借鉴，而目前学者们提出的复式钢管混凝土柱也并未考虑柱与柱的连接问题，尤其是内钢管的连接问题，这对该种结构形式的具体应用问题带来了阻碍。为了解决这一问题，本发明提出了一种滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，既可以解决梁柱连接处力的传递问题，又解决了内钢管的连接问题。
发明内容
为了将复式钢管混凝土柱结构形式能够应用到超高层建筑中，使得复式钢管混凝土柱的优势得到充分的发挥，本发明对复式钢管混凝土柱的内外管在梁柱的连接提出了一种新型的连接形式，该体系既可以很好的传递梁柱连接处的力，又可以方便内管的焊接，极大地提高了施工的便利性，降低了施工风险。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，主要包括外钢管(1)、内钢管(2)、内填混凝土(3)及临时耳板(4)；所述的钢梁(5)包括上下翼缘、腹板及螺栓孔；所述的加劲部件包括外管内的纵向PBL加劲肋(6)、内外管的横隔板(7)、横隔板上的排气孔(8)及内管横隔板间的纵向加劲肋(9) 组成；所述的传力滑动装置包括外管竖向连接板(10)、内管竖向连接板(11)、圆端型槽孔(12)及销钉(13)。
在外钢管(1)外侧焊有钢梁(5)，与钢梁翼缘同一水平处的外钢管(1) 内焊有上下横隔板(7)，与钢梁(5)腹板位置相同处焊有纵向的PBL加劲肋(6)，同时，还有两块外管竖向连接板(10)，其焊接间距小于钢梁(5)翼缘宽度，在每块外管竖向连接板(10)上开有两个圆端型槽孔(12)，两个孔的下圆端的圆心与钢梁(5)的上下翼缘的形心在同一水平处；内钢管(2)外侧与外管竖向连接板(10)相同水平位置处还有四块内管竖向连接板(11)，其通过销钉(13) 与外管竖向连接板(10)共同组成传力滑动装置，内钢管(2)内侧焊有两块与外管横隔板水平位置相同的横隔板(7)，在横隔板(7)间焊有两块纵向加劲肋，其位于外管竖向连接板(10)的对应位置。
外钢管(1)上焊有钢梁(5)，方便与外部钢梁的拼接连接，同时，管内焊有纵向PBL加劲肋(6)，其位于柱梁连接处，既可以起到防止外钢管(1)局部屈曲及传递钢梁(5)腹板的力的作用，又降低了钢材的用量；内管横隔板间的纵向加劲肋(9)则主要起到传递内管竖向连接板(11)传来的力及防止被拉屈及压屈的问题。
内外管的横隔板(7)焊于管内梁柱连接处钢梁(5)上下翼缘的水平位置处，其分布于管内一周，能极好的传递钢梁(5)传来的力的作用，而且其上开有排气孔(8)，既可以排出横隔板下混凝土中的气泡，又可以使混凝土填充的更加密实，防止内部孔隙的产生。
外管竖向连接板(10)、内管竖向连接板(11)、圆端型槽孔(12)及销钉(13)共同组成滑动传力装置，既可以使内外管连接在一起，也可以使内外管间纵向相互滑动，从而可以先进行内钢管(2)的焊接，在内钢管(2)焊接完成后进行外钢管(1)的焊接，极大地方便了焊接的便利性，同时，该滑动传力装置还可以传递钢梁(5)传来的力的作用。
内外钢管外侧均焊接有临时耳板(4)，可以在管焊接时对钢管进行临时固定，防止焊接过程中发生移动，在焊接完成后进行切除。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明通过滑动传力装置将内外钢管连接在一起，内外钢管可以在纵向滑动，因此可以做到先焊接内钢管，而后落下外钢管进行焊接，在增加结构体系的焊接方便性，避免了焊工进入管内焊接的危险性的同时，也使传力明确，有利于提高连接质量。
(2)本发明在梁柱连接处采用纵向的PBL型加劲肋，既防止了外钢管的局部屈曲，又加强了梁柱连接处的强度，间接提高了柱的承载力，同时也降低了钢材的用量。
(3)本发明在与梁翼缘水平位置处的内外管内部各设有两道横隔板，可以传递钢梁翼缘传来的力，同时，横隔板上开有排气孔，既可以排除板下的气泡，又可以使混凝土填充更加密实。
(4)本发明的内外钢管的外侧接近柱与柱连接处焊有四个临时耳板，在焊接前通过螺栓将柱事先固定在一起，避免焊接过程中对接误差的产生。
附图说明
图1为本发明结构体系的立体示意图。
图2为本发明外钢管立体示意图。
图3为本发明内钢管立体示意图。
图4为本发明柱-柱连接中内管连接示意图。
图5为本发明柱-柱连接中外管连接示意图。
图中：1－外钢管、2－内钢管、3－内填混凝土、4－临时耳板、5－钢梁、6－纵向PBL加劲肋、7－横隔板、8－排气孔、9－内管横隔板间的纵向加劲肋、10－外管竖向连接板、11－内管竖向连接板、12－圆端型槽孔、13－销钉。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1和图5所示，滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，外钢管、内钢管、内填混凝土、临时耳板、纵向PBL加劲肋、内外管的横隔板、横隔板上的排气孔、内管横隔板间的纵向加劲肋、外管竖向连接板、内管竖向连接板、圆端型槽孔及销钉。内外钢管及其上的滑动连接及加劲装置都是在工厂事先预制而成，在实际工程中，将一节柱进行整体吊装，然后内外管与下柱的连接通过焊接，梁与柱的连接则通过螺栓拼装连接。这极大地提高了施工效率，避免了工人进入管内焊接的危险性。
实施步骤如下：
1、外钢管和内钢管及其上的临时耳板、纵向加劲肋、内外管的横隔板、横隔板上的排气孔、内管横隔板间的纵向加劲肋、外管竖向连接板及内管竖向连接板均在工厂事先预制而成，而后将内钢管插入外钢管，通过销钉进行连接，使得内外管只能发生通过圆端型槽孔的纵向滑动。
2、柱运到工地后，将外钢管提起，使得内钢管下部突出外钢管大约两倍圆端槽孔长度的距离，通过销钉紧固使得内外钢管纵向不能产生滑动。而后吊装到施工层，固定住外钢管，保证在施工过程中外钢管不会滑落。
3、先将内钢管通过耳板相连接，使内钢管固定，然后对内钢管进行焊接。焊接完成后，切除临时耳板，松开紧固的栓钉，撤去外钢管固定装置，使外钢管落下，与下柱外钢管通过耳板对正连接，而后进行外钢管焊接，焊接完成后，切除临时耳板。
4、上下柱连接完成后，最后将梁与钢管的外伸梁端连接，准备完毕后浇筑混凝土并捣振，并进行常规养护。
5、待混凝土达到一定强度后，再进行上层结构的连接。
本实施方法均采用常规的钢结构安装工艺，构件尺寸应满足上述内容的设计原则。本发明滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，可用于超高层建筑结构体系。以上所述内容，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述解释的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，其特征在于：由复式钢管混凝土柱、钢梁、加劲部件及传力滑动装置组成，所述的复式钢管混凝土柱包括外钢管(1)、内钢管(2)、内填混凝土(3)及临时耳板(4)；所述的钢梁(5)包括上下翼缘、腹板及螺栓孔；所述的加劲部件包括外管内的纵向PBL加劲肋(6)、内外管的横隔板(7)、横隔板上的排气孔(8)及内管横隔板间的纵向加劲肋(9)组成；所述的传力滑动装置包括外管竖向连接板(10)、内管竖向连接板(11)、圆端型槽孔(12)及销钉(13)；在外钢管(1)外侧焊有钢梁(5)，与钢梁翼缘同一水平处的外钢管(1)内焊有上下横隔板(7)，与钢梁(5)腹板位置相同处焊有纵向的PBL加劲肋(6)，同时，还有两块外管竖向连接板(10)，其焊接间距小于钢梁(5)翼缘宽度，在每块外管竖向连接板(10)上开有两个圆端型槽孔(12)，两个孔的下圆端的圆心与钢梁(5)的上下翼缘的形心在同一水平处；内钢管(2)外侧与外管竖向连接板(10)相同水平位置处还有四块内管竖向连接板(11)，其通过销钉(13)与外管竖向连接板(10)共同组成传力滑动装置，内钢管(2)内侧焊有两块与外管横隔板水平位置相同的横隔板(7)，在横隔板(7)间焊有两块纵向加劲肋，其位于外管竖向连接板(10)的对应位置。
2.根据权利要求1所述的滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，其特征在于：所述的复式钢管混凝土柱适用于外方内圆、外圆内圆、外方内方或外圆内方的截面形式。
3.根据权利要求1所述的滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，其特征在于：所述的钢梁(5)适用于工字钢梁和箱型钢梁。
4.根据权利要求1所述的滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，其特征在于：外钢管(1)内焊有纵向PBL加劲肋(6)，其位于柱梁连接处，既起到防止外钢管(1)局部屈曲及传递钢梁(5)腹板的力的作用；内管横隔板间的纵向加劲肋(9)起到传递内管竖向连接板(11)传来的力及防止被拉屈及压屈的问题。
5.根据权利要求1所述的滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，其特征在于：内外管的横隔板(7)焊于管内梁柱连接处钢梁(5)上下翼缘的水平位置处，分布于管内一周，传递钢梁(5)传来的力的作用，而且其上开有排气孔(8)，既能够排出横隔板下混凝土中的气泡，又能够使混凝土填充的更加密实，防止内部孔隙的产生。
6.根据权利要求1所述的滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，其特征在于：外管竖向连接板(10)、内管竖向连接板(11)、圆端型槽孔(12)及销钉(13)共同组成滑动传力装置，既使内外管连接在一起，也能够使内外管间纵向相互滑动，从而先进行内钢管(2)的焊接，在内钢管(2)焊接完成后进行外钢管(1)的焊接。
7.根据权利要求1所述的滑动式复式钢管混凝土柱-梁节点及柱-柱连接体系，其特征在于：内外钢管外侧均焊接有临时耳板(4)，在管焊接时对钢管进行临时固定，防止焊接过程中发生移动，在焊接完成后进行切除。
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