CN111173148A - 型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，能够解决现有技术中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱连接节点因连接面积小而导致的应力集中、可靠性差的问题。型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，包括：钢管混凝土柱；型钢混凝土梁；转接件，布置在钢管混凝土柱与型钢混凝土梁之间，分别与钢管混凝土柱中的钢管、型钢混凝土梁中的型钢连接；转接件包括与型钢混凝土梁中型钢端面对接的第一端，与钢管混凝土柱中钢管侧面对接的第二端；转接件第二端的截面积大于第一端的截面积，且第一端的截面积不小于型钢混凝土梁中型钢端面的面积。

Description

型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点

技术领域

本发明涉及一种型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点。

背景技术

近年来，随着建筑技术的日益成熟，人们在原有的钢筋混凝土结构体系的基础上引入了钢管混凝土柱组合结构体系，钢管混凝土柱利用钢管和混凝土两种材料，使两者在受力过程中的相互制约：一方面由于钢管对填充混凝土的约束作用，混凝土处于三向压缩的应力状态，从而能够充分发挥其抗压强度；另一方面由于混凝土的填充效果，提高了钢管在轴向力作用下抵抗屈曲的能力。钢管混凝土柱结构能充分发挥和利用钢材、混凝土材料的特点，在性能上达到优势互补，提高构件承载能力的同时又具有较好的塑性和韧性，为高强混凝土和高强钢材的应用提供了新的途径；同时，采用钢管混凝土柱结构可节约大量的建筑材料并且施工方便，经济效益也是显而易见的。推广应用钢管混凝土柱的关键之一是解决钢管混凝土柱与钢筋或型钢混凝土梁的连接，由于连接方式各异，其性能差异很大，因此，钢管混凝土柱与钢筋或型钢混凝土梁之间的连接节点成为本领域技术人员研究的热点。

例如授权公告号为CN208792508U，授权公告日为2019.04.26的专利文件公开的一种方钢管约束钢骨混凝土柱及型钢的节点结构，主要包括三部分，分别为立柱，环绕在立柱外周的环梁，以及横穿立柱及环梁的型钢。其中，立柱为方钢管约束钢骨混凝土柱，包括方钢管，方钢管内布置有柱内钢骨、柱内纵筋以及柱内箍筋，在方钢管中还浇筑有混凝土，形成钢混结构。环梁包括环梁内环向纵筋、环梁内箍筋，并浇筑有混凝土以形成钢混结构。型钢在与柱内钢骨固定时，型钢的上翼缘、下翼缘通过全熔透焊缝焊接的方式直接焊接在柱内钢骨上，实现型钢相对于立柱的固定。

该节点结构具有传力明确、便于施工的优点，值得推广，但是在结构上还存在一些缺陷：型钢与柱内钢骨连接的面积为型钢自身的截面积，柱内钢骨承受型钢传递的作用力时，该作用力仍是通过型钢与柱内钢骨的连接面积作用在柱内钢骨上，这样一来，在型钢承受较大的弯矩或剪力时，型钢与柱内钢骨连接处因较小的连接面积而容易发生应力集中现象，轻则导致型钢或柱内钢骨变形，重则导致型钢与柱内钢骨连接处撕裂、连接失效，可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，能够解决现有技术中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱连接节点因连接面积小而导致的应力集中、可靠性差的问题。

为实现上述目的，本发明中的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点采用如下技术方案：

型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，包括：

钢管混凝土柱；

型钢混凝土梁；

转接件，布置在钢管混凝土柱与型钢混凝土梁之间，分别与钢管混凝土柱中的钢管、型钢混凝土梁中的型钢连接；

转接件包括与型钢混凝土梁中型钢端面对接的第一端，与钢管混凝土柱中钢管侧面对接的第二端；转接件第二端的截面积大于第一端的截面积，且第一端的截面积不小于型钢混凝土梁中型钢端面的面积。

其有益效果在于：转接件连接在钢管与型钢之间，起到传力作用，同时转接件与型钢连接的面积大于与钢管连接的面积，相较于现有技术来讲，转接件能够更分散的将型钢混凝土梁的弯矩传递到钢管混凝土柱上，消除型钢混凝土梁与钢管混凝土柱连接位置处的应力集中，保证钢管及型钢在传递作用力时结构更加可靠，钢管混凝土柱与型钢混凝土梁连接更加稳定。

进一步的，转接件与型钢通过端面对接，且转接件的第一端横截面与型钢的端面形状吻合。

其有益效果在于：转接件的第一端横截面与型钢的端面形状吻合，且通过端面对接，连接更加可靠，能够使作用力更好地由型钢传递至转接件上，

进一步的，转接件的截面为工字型，具有两个在上下方向上平行布置的翼缘，以及连接在两翼缘之间的腹板。

其有益效果在于：采用截面呈工字型的转接件，转接件中的翼缘及腹板能够提高转接件的抗扭、抗压强度，并且现有技术中常用的型钢为工字钢，工字型的转接件能够更好地与型钢贴合。

进一步的，翼缘的第一端的宽度小于翼缘第二端的宽度，翼缘在第一端指向第二端的方向上具有弧线形或倾斜延伸的过渡侧边。

其有益效果在于：翼缘在第一端指向第二端的方向上具有过渡侧边，过渡侧边呈弧线形或倾斜延伸，能够在作用力传递时改变力的传递方向，有利于作用力的平缓传递，进一步避免在转接件上产生应力集中现象。

进一步的，过渡侧边延伸时平滑过渡。

其有益效果在于：过渡侧边平滑过渡，能够避免在转接件中存在危险截面，避免转接件中存在应力集中的现象。

进一步的，转接件沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状为碗的截面形状。

其有益效果在于：转接件沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状为碗的截面形状，碗的截面形状的两个弧形侧边在满足转接件第一端、第二端尺寸不同的条件下，能够避免作用力一直沿直线传递，结构简单，便于实现。

进一步的，所述过渡侧边与型钢和/或钢管相接位置处设置有过渡圆角。

其有益效果在于：过渡侧边与型钢和/或钢管相接处设置有过渡圆角，能够避免型钢和/或钢管与转接件相接处出现容易产生应力集中的直角，有利于降低转接件受到外力而产生的连接处集中受力而撕裂变形的风险，提高了结构的稳定性。

进一步的，钢管混凝土柱中的钢管为方形管，转接件第二端的横截面在宽度方向上尺寸与钢管的宽度尺寸相同。

其有益效果在于：转接件第二端的横截面在宽度方向上尺寸与钢管的宽度尺寸相同，使得转接件第二端与钢管的连接面积尽可能的大，有利于满足转接件第二端与钢管连接面积，大于第一端与型钢的连接面积的目的，保证连接的可靠性，而且也便于对接固定时的定位。

进一步的，钢管内壁面连接有承力件。

其有益效果在于：在钢管受到使各侧壁相互分离的作用力时，承力件能够抵抗该作用力并拉紧钢管的内侧壁，保证钢管结构上的完整。

进一步的，连接节点包括环梁，环梁包括环绕在钢管混凝土柱外周的环梁钢筋笼，以及包裹环梁钢筋笼的混凝土；环梁钢筋笼沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状为矩形，转接件的延伸方向与矩形环梁钢筋笼的侧边平行。

其有益效果在于：这样设置使型钢混凝土梁与环梁之间的连接面积更大，连接更为可靠和稳固。

附图说明

图1为本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点实施例1的主视图；

图2为本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点实施例1的俯视图；

图3为图2中转接件与型钢、钢管连接结构示意图；

图中：

10-钢管混凝土柱；11-钢管；12-内环板；121-开口；122-透气孔；

20-型钢混凝土梁；21-型钢；211-上翼缘；212-下翼缘；213-腹板；

22-上部纵向钢筋；23-下部纵向钢筋；24-箍筋；

30-环梁；31-环梁内侧纵筋；32-环梁中间纵筋；33-环梁外侧纵筋；34-环梁箍筋；

40-转接件；41-第一轮廓线；42-第二轮廓线；43-第一过渡圆角；44-第二过渡圆角。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点的实施例1，如图1及图2所示，连接节点主要包括沿竖直方向布置的钢管混凝土柱10、沿水平方向布置的型钢混凝土梁20，型钢混凝土梁20与钢管混凝土柱10相连。连接节点还包括环梁30，环梁30布置在型钢混凝土梁20与钢管混凝土柱10相连位置处。

钢管混凝土柱10包括作为骨架的钢管11，钢管11沿着竖直方向布置，钢管11的内部浇筑有混凝土，混凝土凝固时使钢管混凝土柱10形成钢混结构。本实施例中的钢管11为方形管，截面呈正方形，在钢管11内部设置有作为承力件的内环板12，内环板12的外轮廓为与钢管11内壁面轮廓吻合的正方形，与钢管11的四个侧壁均相连，能够在钢管11的四个侧壁受到使侧壁相互分离的外力时，拉紧钢管11的侧壁，提高钢管11的抗变形能力。当然，承力件与钢管11的内壁相连，也能够承受钢管11带来的压力。

为了便于向钢管11内浇筑混凝土，在内环板12的中心位置处设置有供混凝土通过的开口121。适用性地，为了在浇筑混凝土时使混凝土更加顺畅的流动，在内环板12靠近钢管内壁面的位置处设置有供钢管内气体通过的透气孔122，混凝土进入到钢管11内时，钢管11中原来存在的气体会通过透气孔122排出，使混凝土流动时阻力更小，浇筑过程更加顺畅。

型钢混凝土梁20设置有四个，分别与钢管混凝土柱10的四个侧面相连，每个型钢混凝土梁20均包括作为骨架的型钢21，本实施例中的型钢21为工字钢，工字钢包括在上下方向上相对且平行的上翼缘211和下翼缘212，还包括连接在上翼缘211与下翼缘212之间的腹板213。在型钢21的外周，还环绕有梁钢筋笼，梁钢筋笼包括在竖直方向上靠上的上部纵向钢筋22、靠下的下部纵向钢筋23，以及将上部纵向钢筋22及下部纵向钢筋23箍紧的箍筋24。上部纵向钢筋22、下部纵向钢筋23及箍筋24都是布置在型钢21的外侧，浇筑混凝土后位于固化成型的型钢混凝土梁内部。

型钢21与钢管11之间，设置有实现同时连接两者的转接件40，本实施例中的转接件40截面呈工字型。转接件40主要由上翼缘211、下翼缘212以及连接在两翼缘之间的腹板213组成。具体来讲，转接件40在延伸方向上具有两端，分别为与型钢21对接的第一端、与钢管11对接的第二端。两端的横截面积均为工字型，但是两端工字型的截面积并不相等。转接件40与型钢21对接的第一端的端面与型钢21工字型的端面吻合，面积相等，而转接件40与钢管11对接的第二端的端面面积要大于第一端的端面面积。也就是说，在转接件从第一端向第二端的方向上，两翼缘的宽度变宽。在其他实施例中，转接件还可以采用其他结构，例如采用方钢来作为转接件，方钢的两端分别与钢管及型钢对接，并不局限于采用工字钢来作为转接件。

如图3所示，转接件40在上下方向即钢管混凝土柱10延伸方向上的投影形状为碗的截面形状，转接件40的上翼缘、下翼缘具有呈弧线形延伸的过渡侧边，上翼缘、下翼缘两侧的过渡侧边构成的碗的截面形状两侧的线段。过渡侧边包括靠近第一端的第一轮廓线41、靠近第二端的第二轮廓线42，第一轮廓线41与第二轮廓线42相接。其中，第一轮廓线41沿斜向型钢外侧的方向延伸，第二轮廓线42沿着型钢轴线方向延伸。

第一轮廓线41与型钢21的相接位置处设置有第一过渡圆角43，第一轮廓线41与第二轮廓线42相接处也设置有第二过渡圆角44，以使过渡侧边延伸时呈现出平滑过渡的姿态，以避免在过渡侧边上形成降低转接件刚度、强度的应力集中点。在其他实施例中，转接件还可以直线型的侧边来连接转接件的第一端、第二端，并不局限于采用弧线形的过渡侧边。同时，过渡侧边采用倾斜延伸或弧线形的延伸方式时，在过渡侧边中可以布置有尖角结构，并不局限于采用平滑过渡的方式。在其他实施例中，过渡侧边与型钢和/或钢管相接位置处可以设置为直角，或是仅在过渡侧边与型钢相接位置处设置为过渡圆角、或仅在过渡侧边与钢管相交位置处设置为过渡圆角。

本实施例中，转接件40的第一端与型钢21的对齐并焊接，转接件40的第二端在钢管11的宽度方向上与钢管宽度尺寸一致，即转接件40中上翼缘、下翼缘靠近钢管一端的宽度尺寸，与钢管11侧面的尺寸相同，转接件40的第二端直接焊接在钢管11的侧面上。

对应地，钢管11内的内环板12在钢管11延伸方向上成对布置，每对内环板12中，靠上的内环板12与钢管11内壁面的连接位置与型钢21的上翼缘与钢管11外壁面的连接位置对齐，也与转接件40的上翼缘对齐。靠下的内环板12与钢管11内壁面的连接位置与型钢21的下翼缘与钢管11外壁面的连接位置对齐，也与转接件40的下翼缘对齐。内环板的厚度与型钢中上翼缘、下翼缘的厚度相等。

本实施例中的环梁30，主要由环梁钢筋笼和混凝土组成。环梁30宽度不小于型钢混凝土梁20的宽度，环梁高度与其相同。环梁钢筋笼在钢管混凝土柱的延伸方向上的投影呈矩形，环梁钢筋笼每条侧边的长度相同，使环梁钢筋笼的投影呈正方形。

环梁钢筋笼整体环绕在钢管混凝土柱10的外周面上。环梁钢筋笼包括呈正方形环绕的环梁纵筋，环梁纵筋沿着钢管混凝土柱的径向分为环梁内侧纵筋31、环梁中间纵筋32以及环梁外侧纵筋33。环梁钢筋笼还包括将这三层环梁纵筋箍紧的环梁箍筋34，环梁箍筋34布置有多个，均布在环梁纵筋上。

在捆扎好环梁钢筋笼后，使用模板围住钢筋笼并浇筑混凝土，形成了方形的环梁30，环梁30的在竖直方向上延伸的四个侧面分别与四个型钢混凝土梁20相对，整体呈现出十字形结构。另外，型钢混凝土梁20中上部纵向钢筋22、下部纵向钢筋23朝向钢管11的一端伸入环梁钢筋笼内，且上部纵向钢筋22、下部纵向钢筋23伸入环梁钢筋笼内的端部折弯，在浇筑混凝土时，锚固进环梁30中。在转接件40上，设置有供上部纵向钢筋22、下部纵向钢筋23折弯的端部以及箍筋通过的通过孔。

本实施例中，钢管11、钢管11内的内环板12以及转接件40在工厂中已经完成加工，内环板12及转接件40均已焊接在钢管11上。在现场施工时，钢管混凝土柱10中的钢管11已经立好，现需要完成型钢滚凝土梁20中型钢21的安装。型钢混凝土梁20中的型钢21是由多段型钢拼焊而成的，将拼焊好的型钢与转接件40的第一端对齐并焊接，随后在型钢21的外周面上捆扎梁钢筋笼，将上部纵向钢筋22和下部纵向钢筋23伸向钢管11，并抵到钢管11侧面，同时将上部纵向钢筋22和下部纵向钢筋23端部弯折，使上部纵向钢筋22和下部纵向钢筋23弯折的端部位于环梁30的安装区域内，并使上部纵向钢筋22和下部纵向钢筋23具有足够的锚固长度。接着绑扎环梁箍筋34，使其穿过转接件40上的通过孔，从而完成四根型钢混凝土梁20的绑扎过程。

最后捆扎环梁的环梁钢筋笼，将环梁内侧纵筋31、环梁中间纵筋32以及环梁外侧纵筋33摆放到位，并捆扎环梁箍筋34。最后布置模板来围成型钢混凝土梁20、钢管混凝土柱10以及环梁30预设形状，并向由模板围成的空间内浇筑混凝土，完成整个连接节点的施工。

本实施例中连接节点的传力路径为：

1）型钢混凝土梁的弯矩主要由型钢的上翼缘、下翼缘通过转接件传递到钢管混凝土柱上，转接件上的过渡圆弧有利于减小应力集中，促使内力平缓传递；

2）钢管内设置的内环板与钢管外的转接件位置对应，内环板有利于保证钢管混凝土柱侧壁的稳定性，使转接件的内力更加可靠的传递给钢管混凝土柱；

3）型钢混凝土梁的一部分弯矩通过锚入环梁内的上部纵向钢筋和下部纵向钢筋直接传递到环梁内部；

4）型钢混凝土梁的剪力则主要通过转接件的腹板传递到钢管混凝土柱的侧壁。

本发明中的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点构造较为简单、便于施工、传力路径清晰可靠。当然，本发明的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点也并不局限于上述实施例1中提供的技术方案，还可以采用以下实施例中提供的技术方案。

本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点的实施例2：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，转接件的第一端横截面的形状与型钢端面形状不同，利用设置在转接件一端与型钢连接，型钢端面直接搭接到转接件的板面上；或者转接件的第一端截面形状与型钢端面形状相同，仍采用工字型，但转接件的第一端截面形状的面积大于型钢端面形状的面积，型钢端面能够全部落入到转接件的第一端截面上。

本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点的实施例3：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，转接件沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状为“凸”字形，转接件的过渡侧边呈“Z”字形；或是在其他实施例中，转接件沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状为半圆形或等腰梯形，转接件第一端的宽度尺寸小于第二端的宽度尺寸，而并不局限于采用碗的截面形状来作为转接件沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状。

本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点的实施例4：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，钢管混凝土柱中的钢管为圆管，转接件第二端为与圆管外周面适配的弧面，并直接焊接在圆管的圆弧面上，承力件为圆环形板，此时仅需要保证转接件第二端与圆管的对接面积大于转接件第二端与型钢的对接面积即可。

本发明中型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点的实施例5：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，设置在钢管内的承力件还可以采用其他形状，例如采用角形结构，连接在方形钢管内的相邻的两个侧壁交角处，角形的承力件通过自己的两个直角边与对应的侧壁相连，实现拉紧钢管中相邻的两侧壁。在其他实施例中，还可以采用长条形的承力件，此时长条形的承力件两端分别与钢管中相对的两个侧壁连接，实现拉紧钢管中相对的两侧壁。

以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，包括：

钢管混凝土柱；

型钢混凝土梁；

其特征在于，还包括：

转接件，布置在钢管混凝土柱与型钢混凝土梁之间，分别与钢管混凝土柱中的钢管、型钢混凝土梁中的型钢连接；

转接件包括与型钢混凝土梁中型钢端面对接的第一端，与钢管混凝土柱中钢管侧面对接的第二端；转接件第二端的截面积大于第一端的截面积，且第一端的截面积不小于型钢混凝土梁中型钢端面的面积。

2.根据权利要求1所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，转接件与型钢通过端面对接，且转接件的第一端横截面与型钢的端面形状吻合。

3.根据权利要求1或2所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，转接件的截面为工字型，具有两个在上下方向上平行布置的翼缘，以及连接在两翼缘之间的腹板。

4.根据权利要求3所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，转接件中翼缘的第一端的宽度小于翼缘第二端的宽度，翼缘在第一端指向第二端的方向上具有弧线形或倾斜延伸的过渡侧边。

5.根据权利要求4所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，过渡侧边延伸时平滑过渡。

6.根据权利要求5所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，转接件沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状为碗的截面形状。

7.根据权利要求4所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，所述过渡侧边与型钢和/或钢管相接位置处设置有过渡圆角。

8.根据权利要求1或2所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，钢管混凝土柱中的钢管为方形管，转接件第二端的横截面在宽度方向上尺寸与钢管的宽度尺寸相同。

9.根据权利要求1或2所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，钢管内壁面连接有承力件。

10.根据权利要求1或2所述的型钢混凝土梁与钢管混凝土柱的连接节点，其特征在于，连接节点包括环梁，环梁包括环绕在钢管混凝土柱外周的环梁钢筋笼，以及包裹环梁钢筋笼的混凝土；环梁钢筋笼沿钢管混凝土柱延伸方向的投影形状为矩形，转接件的延伸方向与矩形环梁钢筋笼的侧边平行。

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