CN111005453A - 一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点及施工方法，包括钢管混凝土柱，所述钢管混凝土柱的柱体上穿设有上贯通隔板和下贯通隔板，上贯通隔板与下贯通隔板之间夹设有H型钢梁；所述H型钢梁的翼缘板与同侧的贯通隔板共同开设有至少三组对称的长圆孔，并通过连接件相互固定，所述H型钢梁的腹板一侧设置有腹板连接板；所述腹板连接板与腹板共同开设有至少三组对称的圆孔，并通过连接件相互固定。本发明旨在提供一种构造简便，可实施性高，适用于钢管混凝土柱的钢梁连接节点及其施工方法。

Description

一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑结构工程技术领域，尤其涉及一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点及施工方法。

背景技术

梁柱连接节点是钢框架或钢框架支撑结构中最重要的节点之一，其承载能力与变形能力将直接影响到结构体系的整体性能。因此，对现有钢结构梁柱连接方式进行进一步的优化并提出力学性能更加优异的连接节点，具有重要的工程意义与实用价值。

隔板贯通节点是钢管混凝土柱与H型钢梁的常用连接形式，其又可细分为三种，即栓焊混合连接、下栓上焊连接以及全螺栓连接。理想的焊接连接不会出现滑移问题，节点强度和刚度都能得到有效保证，但这在实际工程中是难以实现的，因为焊接的质量无法得到保障，焊接残余应力与残余变形也会给结构带来不利影响。在1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中，大量的钢结构梁柱焊接刚性节点出现了脆性破坏，反映出刚性节点在抗震性能方面的缺陷与不足。

传统的延性节点一般要求梁柱转角0.4rad即可，然而在强震或者连续倒塌等极端灾害工况下，框架会发生很大变形，超过0.4rad而发生破坏，丧失延性。

随着国家对于装配式钢结构的大力推广，采用全螺栓连接的钢结构梁柱隔板贯通节点由于其构造简单、传力明确和全装配的特点，避免了焊接连接的不利影响，同时有着标准化、产业化、施工速度快、施工质量易于保证的优点，符合装配式发展要求，具有广阔的发展前景。但此类节点目前仍存在地震作用下延性不足、无法控制延性变形的转角大小以及发生延性位移难以恢复的缺点。

为了解决装配程度高、满足极端荷载下的高延性需求等问题，有必要研发一种构造简便，可实施性高，适用于钢管混凝土柱的钢梁连接节点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种构造简便，可实施性高，适用于钢管混凝土柱的钢梁连接节点及其施工方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点，包括钢管混凝土柱，所述钢管混凝土柱的柱体上穿设有上贯通隔板和下贯通隔板，上贯通隔板与下贯通隔板之间夹设有H型钢梁；所述H型钢梁的翼缘板与同侧的贯通隔板共同开设有至少三组对称的长圆孔，并通过连接件相互固定，所述H型钢梁的腹板一侧设置有腹板连接板；所述腹板连接板与腹板共同开设有至少三组对称的圆孔，并通过连接件相互固定。

进一步的，所述连接件为高强螺栓。

本发明还包括一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点的施工方法，包括如下步骤：

①在钢管混凝土柱设置H型钢梁的一侧固定焊接腹板连接板；

②在腹板连接板上开设大圆孔，在H型钢梁腹板上设置标准圆孔，并通过高强螺栓连接固定；

③在H型钢梁的上下两端面设置穿设钢管混凝土柱，并与钢管混凝土柱外壁固定焊接的两个贯通隔板，上贯通隔板和下贯通隔板与H型钢梁同侧的翼缘板，共同开设沿H型钢梁长度方向重合的长圆孔，并通过高强螺栓连接固定。

进一步的，步骤②中，所述大圆孔的直径大于高强螺栓的直径5mm，所述标准圆孔大于高强螺栓的直径2mm。

进一步的，步骤③中，所述长圆孔的宽度大于高强螺栓的直径1.5-2mm，且所述长圆孔的直径小于高强螺栓直径的两倍；长圆孔的长度为r+0.015h，其中r为高强螺栓直径，h为H型钢梁的高度。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在受力方面，节点构造简单，传力明确。在正常使用状态下，高强螺栓不发生滑动。考虑到节点的延性变形，贯通隔板的螺栓孔为长圆孔，腹板连接板的螺栓孔为大圆孔，在强震作用或其他大变形下高强螺栓受力滑移到孔壁边缘的过程中，高强螺栓将逐渐由摩擦型转变成承压型，当所有螺栓均变成承压型后，节点的极限承载能力可以进一步提高，此节点有着足够的安全储备。

2、在贯通隔板与H型钢梁的翼缘板上开设重合的长圆孔，在保证螺栓易于安装的前提下，螺栓可以同时在上下两板完成两个长轴方向长度的位移，既保证了节点的延性，又减少了开长圆孔对隔板和翼缘板的抗震削弱作用。同时，使钢管混凝土柱的塑性铰的位置是可以控制的，同时转动的能力也是可以控制的，只需要调节长圆孔长轴方向的尺寸即可，节点的塑性转角一般可达0.05rad以上。

3、腹板连接处的转动中心的位置在高强螺栓产生滑移之后一直是运动变化的，而长圆孔具有一定的方向性，用于腹板螺栓孔是不合适的。因此，将腹板的螺栓孔开成较大的圆孔，其直径略小于翼缘长圆孔的长度，这样既能保证腹板连接螺栓在各个方向都有足够的变形空间，又对施工时的安装误差有了一定容错能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为本发明中H型钢梁的结构示意图；

图4为本发明中贯通隔板的结构示意图；

图5为本发明中腹板连接板的结构示意图。

附图标记说明：

1-钢管混凝土柱，2-H型钢梁，3-上贯通隔板，4-下贯通隔板，5-腹板连接板，6-连接件，7-长圆孔，8-大圆孔，9-标准圆孔。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图5所示，一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点，包括钢管混凝土柱1，所述钢管混凝土柱1的柱体上穿设有上贯通隔板3和下贯通隔板4，上贯通隔板3与下贯通隔板4之间夹设有H型钢梁2；所述H型钢梁2的翼缘板与同侧的贯通隔板共同开设有至少三组对称的长圆孔7，并通过连接件6相互固定，所述H型钢梁2的腹板一侧设置有腹板连接板5；所述腹板连接板5与腹板共同开设有至少三组对称的圆孔，腹板连接板5开设为大圆孔8，腹板开设为标准圆孔9，并通过连接件6相互固定；所述连接件6为高强螺栓。

本发明的施工方法，包括如下步骤：

①在钢管混凝土柱1设置H型钢梁2的一侧固定焊接腹板连接板5；

②在腹板连接板5上开设大圆孔8，在H型钢梁2的腹板上设置标准圆孔9，并通过高强螺栓连接固定，起到初步定位作用，所述大圆孔8的直径大于高强螺栓的直径5mm，所述标准圆孔9大于高强螺栓的直径2mm；

③在H型钢梁2的上下两端面设置穿设钢管混凝土柱1，并与钢管混凝土柱1外壁固定焊接的两个贯通隔板，上贯通隔板3和下贯通隔板4与H型钢梁2同侧的翼缘板，共同开设沿H型钢梁2长度方向重合的长圆孔7，并通过高强螺栓连接固定，使得高强螺栓可以完成两个长轴方向长度的位移，所述长圆孔7的宽度大于高强螺栓的直径1.5-2mm，且所述长圆孔7的直径小于高强螺栓直径的两倍；长圆孔7的长度为r+0.015h，其中r为高强螺栓直径，h为H型钢梁2的高度。

其中，所述长圆孔7的宽度大于高强螺栓的直径1.52mm，且所述长圆孔7的直径小于高强螺栓直径的两倍。长圆孔7设计尺寸不宜过大，否则构件变形过大，就失去了实际的工程应用价值，可按照不同地区的抗震设防要求来具体设计。

本发明中的高延性节点可在工厂预制完成，现场全部螺栓拼接，既不增加节点加工工艺上的复杂程度，也不增加现场施工的难度，还避免了由焊接产生的残余应力与残余变形给结构带来的不利影响。而且节点处螺栓的滑移变形在一般震后几乎不需要修复，大大节约了维修成本，具有很强的经济性。同时，也可以在一定程度上改善因为构件加工精度、现场安装误差等导致的连接件螺栓孔难以对中的情况，避免出现构件现场扩孔的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点，包括钢管混凝土柱，其特征在于：所述钢管混凝土柱的柱体上穿设有上贯通隔板和下贯通隔板，上贯通隔板与下贯通隔板之间夹设有H型钢梁；所述H型钢梁的翼缘板与同侧的贯通隔板共同开设有至少三组对称的长圆孔，并通过连接件相互固定，所述H型钢梁的腹板一侧设置有腹板连接板；所述腹板连接板与腹板共同开设有至少三组对称的圆孔，并通过连接件相互固定。

2.根据权利要求1所述的一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点，其特征在于：所述连接件为高强螺栓。

3.一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

①在钢管混凝土柱设置H型钢梁的一侧固定焊接腹板连接板；

②在腹板连接板上开设大圆孔，在H型钢梁腹板上设置标准圆孔，并通过高强螺栓连接固定；

③在H型钢梁的上下两端面设置穿设钢管混凝土柱，并与钢管混凝土柱外壁固定焊接的两个贯通隔板，上贯通隔板和下贯通隔板与H型钢梁同侧的翼缘板，共同开设沿H型钢梁长度方向重合的长圆孔，并通过高强螺栓连接固定。

4.根据权利要求3所述的一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点的施工方法，其特征在于：步骤②中，所述大圆孔的直径大于高强螺栓的直径5mm，所述标准圆孔大于高强螺栓的直径2mm。

5.根据权利要求3所述的一种装配式钢管混凝土柱钢梁高延性节点的施工方法，其特征在于：步骤③中，所述长圆孔的宽度大于高强螺栓的直径1.5-2mm，且所述长圆孔的直径小于高强螺栓直径的两倍；长圆孔的长度为r+0.015h，其中r为高强螺栓直径，h为H型钢梁的高度。

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