CN111042332B - 一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱‑柱内钢管法兰连接体系，复式钢管混凝土柱由外钢管和内钢管组成；外伸钢梁包括外钢管的内外钢梁和内钢管的外钢梁；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。复式钢管混凝土柱的的内、外钢管分成两部分，未连接成整体，内钢管的上下端有外法兰，在施工过程中，先进行内钢管的安装，其通过外法兰与下柱的内钢管连接，而后进行外钢管的安装；内外钢管均在工厂预制完成，且上下柱内钢管通过法兰连接，内外钢管也通过螺栓连接，上下柱的外管通过焊接连接，极大地降低了施工的难度，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
技术领域
本发明涉及一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，本发明属于土木工程的超高层建筑结构及大尺寸桥墩工程技术领域。
背景技术
随着经济的发展与城市化进程的推进，我国高层及超高层建筑不断发展，结构高度不断地被突破、刷新。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，诸如：方钢管混凝土柱(CFST)，圆钢管混凝土柱(CFT)，型钢混凝土柱(SRC)(也称钢骨混凝土柱)，钢管混凝土叠合柱(ST-RC，也称钢管混凝土组合柱)等。在方或圆钢管混凝土柱的截面中部设置圆或方钢管，形成复合钢管高强混凝土柱(简称复合柱)，是一种新型的钢混凝土组合柱其中，复合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。其主要优点包括以下几个方面：1)用钢管代替箍筋约束混凝土，其约束效果更好。2)充分发挥钢材和混凝土两种建筑材料的优势，有效提高柱截面的轴心受压承载力，减小高层建筑中框架柱的截面尺寸，避免出现对抗震不利的短柱，减小框架柱在地震作用下出现剪切脆性破坏的可能性。3)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。
虽然复合钢管混凝土柱有上述的诸多优点，但距离其应用仍存在许多问题，复合钢管混凝土柱的梁柱节点处的梁与内外钢管的传力问题以及上下柱的内外钢管的连接问题是其关键难点问题。对于上下柱的钢管连接问题，外管可以采用焊接的形式，对于内管却存在焊接施工难度及危险性较大的问题，而目前学者们提出的不同的复合钢管混凝土柱更多的关注梁柱节点处的处理，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推广应用问题带来了阻碍。为了解决这一问题，本发明提出的一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内管法兰连接体系，既可以解决梁柱连接处力的传递问题及内外管的连接问题，又解决了上下柱的内钢管的连接问题。
发明内容
为了推广复合钢管混凝土柱的实际应用，使得复合钢管混凝土柱的优势得到充分的发挥，本发明对复合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，又可以方便内管的连接，极大地提高了施工的便利性。
本发明使用螺栓与焊接组合的连接方式，使用法兰盘发挥螺栓安装螺栓快速安装的同时，又能通过外管的焊接保证复合钢管混凝土柱的整体性，同时使内钢管与外钢管相连接保证从钢梁传递的荷载不仅仅作用于外钢管上，保证了复合钢管混凝土柱的安全性。这种连接体系在施工组织上形成分步施工，即先进行几节内钢管的搭接，再进行几节外钢管的搭接，内钢管搭接使用法兰加外钢管搭接使用焊接的方式能够极大的提高施工的速度。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，主要包括外钢管(1)、内钢管(2)、内管法兰(3)、内填混凝土(4)及临时耳板(5)；钢梁通过焊接与内外钢管连接，钢梁包括外管外钢梁(6)、外管内钢梁(7)和内管外钢梁(8)，所有钢梁上均开有螺栓孔，外管外钢梁(6)上的螺栓孔用来连接外部钢梁，而外管内钢梁(7)和内管外钢梁(8)则通过梁端端板(9)的螺栓孔用来连接外钢管(1)、内钢管(2)；加劲部件焊接在内钢管内侧与外钢管内侧上，与内管法兰及外管内钢梁呈垂直布置，加劲部件包括外管内的纵向PBL加劲肋(10)、内外管的横隔板(11)、横隔板上的排气孔(12)、内钢管横隔板间的纵向加劲肋(13)和锚定板(14)组成。
复合钢管混凝土柱的内钢管(2)与外钢管(1)通过焊接在内钢管的内管外钢梁(8)上及外观内钢梁上的梁端端板(9)进行螺栓连接。上下两节外钢管(1)在现场进行焊接。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。上下两节内钢管(2)通过焊接在内钢管(2)上的内管法兰(3)使用螺栓进行连接。
在外钢管(1)外侧焊有外管外钢梁(6)，在与钢梁翼缘同一水平处的外钢管(1)内焊有上下横隔板(11)，与外管外钢梁(6)的腹板位置相同处焊有纵向通长的PBL加劲肋(10)，外钢管外钢梁(6)伸入外钢管内一段形成外管内钢梁(7)，外钢管外钢梁(6)的梁端面被一梁端端板(9)封住，且其上开有连接内钢管的螺栓孔。
外钢管(1)上焊有外钢管外钢梁(6)，方便与外部钢梁的拼接连接，同时，外钢管(1)内焊有纵向PBL加劲肋(10)，纵向PBL加劲肋位于外钢管与外观的内外钢梁连接处，其作用是为了防止外钢管的整体局部屈曲，同时可以降低钢管的壁厚，节省钢材。
内钢管(2)的横隔板(11)焊接于内管外钢梁(8)与内钢管(2)连接部位内管外钢梁(8)上下翼缘的相同水平位置处，分布于管内一周，外钢管(1)上的横隔板(11)焊接于外管内钢梁与外钢管(1)连接部位外管内钢梁(7)上下翼缘的水平位置处，分布于管内一周横隔板(11)上开有排气孔(12)，能够排出横隔板下混凝土中的气泡，使混凝土填充的更加密实，防止内部孔隙的产生。
内管横隔板间有纵向加劲肋(13)，但此加劲肋并不通长，主要在节点部分设置，起到梁传递荷载，及防止节点部分内钢管局部屈曲的作用；内钢管(2)内与内管外钢梁(8)同水平位置处有锚定板(14)，其目的是增加柱在梁拉力作用下的强度，起到锚固的作用；钢管端部设有内管法兰(3)，其上开有螺栓孔和排气孔，分别用来连接上下柱的内管和排出气泡防止混凝土不密实。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明中内、外钢管均在工厂预制完成，且两管在施工前是分开的两部分，先通过内钢管端的内管法兰将上下柱的内钢管连接，然后进行外钢管连接，可以避免内外钢管整体构件制作过程的误差导致的对不齐问题。
(2)本发明中内管上下柱连接为内管法兰，先进行内管的连接，可以避免内钢管焊接的难度和危险性，而外钢管则采用常规的焊接方式。
(3)本发明中内、外钢管在梁柱节点处通过外钢管内钢梁与内钢管外钢梁的端板由螺栓连接在一起，可以合理的分配梁柱节点处的传力。
(4)本发明在梁柱连接处采用纵向的PBL型加劲肋和内钢管横隔板间的纵向加劲肋，前者既防止了外钢管的局部屈曲，又加强了梁柱连接处的强度，后者则提高了内钢管节点处的强度，间接提高了柱的承载力，同时也降低了钢材的用量。
(5)本发明在内管内与梁同水平位置处设有锚定板，防止梁拉力将钢管拉屈，提高了柱的整体承载力。
附图说明
图1是内外钢管连接体系示意图。
图2是单节外钢管及钢梁构造示意图。
图3是单节内钢管构造示意图。
图4是两节外钢管的连接方式示意图。
图5是两节内钢管的连接方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1-5所述，一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，该体系的施作方法如下：S1、外钢管和内钢管及其上的临时耳板、纵向加劲肋、钢梁、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、等均在工厂事先预制而成，而后将外钢管及内钢管运输至施工现场。
S2、所述复合钢管混凝土柱的内外钢管在安装前是单独的两部分，分别进行施工和安装，柱在施工时，先进行内钢管(2)的施工，先通过内管法兰(3)将上下柱的内钢管连接在一起。
S3、安装外钢管，先将内外钢管通过外管内钢梁(7)与内管外钢梁(8)由螺栓连接在一起，而后通过临时耳板(5)固定外钢管，对外钢管进行焊接，焊接完成后，切除临时耳板(5)。
S4、所述复合钢管混凝土柱中内钢管核心混凝土与内外管夹层混凝土均填充自密实混凝土。
S5、所述复合钢管混凝土柱中外钢管需根据实际要求，进行防火处理，防锈处理。
Claims (6)
1.一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，其特征在于：包括外钢管(1)、内钢管(2)、内管法兰(3)、内填混凝土(4)及临时耳板(5)；钢梁通过焊接与内外钢管连接，钢梁包括外管外钢梁(6)、外管内钢梁(7)和内管外钢梁(8)，所有钢梁上均开有螺栓孔，外管外钢梁(6)上的螺栓孔用来连接外部钢梁，而外管内钢梁(7)和内管外钢梁(8)则通过梁端端板(9)的螺栓孔用来连接外钢管(1)、内钢管(2)；加劲部件焊接在内钢管内侧与外钢管内侧上，与内法兰及外管内钢梁呈垂直布置，加劲部件包括外管内的纵向PBL加劲肋(10)、内外管的横隔板(11)、横隔板上的排气孔(12)、内钢管横隔板间的纵向加劲肋(13)和锚定板(14)组成；
复合钢管混凝土柱的内钢管(2)与外钢管(1)通过焊接在内钢管的内管外钢梁(8)上及外管内钢梁上的梁端端板(9)进行螺栓连接；上下两节外钢管(1)在现场进行焊接；外钢管外侧均焊接有临时耳板(5)，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；上下两节内钢管(2)通过焊接在内钢管(2)上的内管法兰(3)使用螺栓进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，其特征在于：在外钢管(1)外侧焊有外管外钢梁(6)，在与钢梁翼缘同一水平处的外钢管(1)内焊有上下横隔板(11)，与外管外钢梁(6)的腹板位置相同处焊有纵向通长的PBL加劲肋(10)，外管外钢梁(6)伸入外钢管内一段形成外管内钢梁(7)，外管外钢梁(6)的梁端面被一梁端端板(9)封住，且其上开有连接内钢管的螺栓孔。
3.根据权利要求1所述的一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，其特征在于：外钢管(1)上焊有外管外钢梁(6)，方便与外部钢梁的拼接连接，同时，外钢管(1)内焊有纵向PBL加劲肋(10)，纵向PBL加劲肋位于外钢管与外管的内外钢梁连接处。
4.根据权利要求1所述的一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，其特征在于：内钢管(2)的横隔板(11)焊接于内管外钢梁(8)与内钢管(2)连接部位内管外钢梁(8)上下翼缘的相同水平位置处，分布于管内一周，外钢管(1)上的横隔板(11)焊接于外管内钢梁与外钢管(1)连接部位外管内钢梁(7)上下翼缘的水平位置处，分布于管内一周横隔板(11)上开有排气孔(12)，能够排出横隔板下混凝土中的气泡，使混凝土填充的更加密实，防止内部孔隙的产生。
5.根据权利要求1所述的一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，其特征在于：内管横隔板间有纵向加劲肋(13)，但此加劲肋并不通长，主要在节点部分设置，起到梁传递荷载，及防止节点部分内钢管局部屈曲的作用；内钢管(2)内与内管外钢梁(8)同水平位置处有锚定板(14)，其目的是增加柱在梁拉力作用下的强度，起到锚固的作用；钢管端部设有内管法兰(3)，其上开有螺栓孔和排气孔，分别用来连接上下柱的内管和排出气泡防止混凝土不密实。
6.根据权利要求1所述的一种复合钢管混凝土柱梁柱节点及柱-柱内钢管法兰连接体系，其特征在于：该体系的施作方法如下，S1、外钢管和内钢管及其上的临时耳板、纵向加劲肋、钢梁、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均在工厂事先预制而成，而后将外钢管及内钢管运输至施工现场；
S2、所述复合钢管混凝土柱的内外钢管在安装前是单独的两部分，分别进行施工和安装，柱在施工时，先进行内钢管(2)的施工，先通过内管法兰(3)将上下柱的内钢管连接在一起；
S3、安装外钢管，先将内外钢管通过外管内钢梁(7)与内管外钢梁(8)由螺栓连接在一起，而后通过临时耳板(5)固定外钢管，对外钢管进行焊接，焊接完成后，切除临时耳板(5)；
S4、所述复合钢管混凝土柱中内钢管核心混凝土与内外管夹层混凝土均填充自密实混凝土；
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