CN111395548A - 一种加强型钢柱与ecc混凝土组合节点及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点及其施工方法，加强型钢柱与ECC混凝土组合节点包括有十字柱、四个钢梁牛腿、四个竖直设置的环形箍板和浇筑于型钢柱和型钢梁端区域的ECC混凝土，每个十字柱均包括有十字形结构的十字柱腹板和四个分别连接于十字柱腹板对应端部上的十字柱翼缘板，每个钢梁牛腿的内端均连接于对应的十字柱翼缘板上，每个环形箍板连接于相邻两个钢梁牛腿之间，每个环形箍板上均开设有条形穿槽。本发明结合了型钢和ECC混凝土的特点，能在改善结构性能的同时大幅减少箍筋数量和开孔，制作简单且施工方便。

Description

一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点及其施工方法
技术领域
本发明涉及型钢混凝土结构领域，具体是一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点及其施工方法。
背景技术
型钢混凝土结构具有承载力高、抗震性能好等特点，广泛应用于大型公共建筑和超高层建筑等领域。但普通型钢混凝土梁柱节点核心区需布置加密箍筋以约束混凝土，保证纵向钢筋、型钢和混凝土共同工作。在节点核心区布置箍筋需要在钢梁上穿孔，削弱钢梁承载力。同时箍筋加密导致节点核心区混凝土浇筑和振捣困难，难以保证节点核心区混凝土浇筑质量，使得节点承载力降低、易开裂，抗震性能不足。
ECC混凝土材料即高性能纤维增强水泥基材料，是以粉煤灰、水泥、砂和外加剂等构成基体，并掺入短纤维对其增强增韧，经搅拌、注模、养护硬化而成的一种人工石材，是一种高韧性、高延性、抗拉性能和控裂性能优异的高性能材料。自1992年问世以来，经过不断的发展，ECC混凝土材料的研究已十分成熟。ECC混凝土在日本和欧美一些发达国家应用较为广泛,得到了良好工程应用效果。ECC混凝土具有优异的抗拉、抗裂性能，而目前ECC混凝土的应用大多停留在构件层面，如何充分利用ECC混凝土材料来改进结构体系的设计还有待研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点及其施工方法，解决型钢混凝土梁柱节点核心区布置箍筋需要在钢骨上穿孔的问题，改善结构性能的同时满足工程中大量制作的需要。
本发明的技术方案为：
一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，包括有十字柱、四个钢梁牛腿、四个竖直设置的环形箍板和浇筑于型钢柱和型钢梁端区域的ECC混凝土，每个十字柱均包括有十字形结构的十字柱腹板和四个分别连接于十字柱腹板对应端部上的十字柱翼缘板，每个钢梁牛腿的内端均连接于对应的十字柱翼缘板上，每个环形箍板连接于相邻两个钢梁牛腿之间，每个环形箍板上均开设有条形穿槽。
所述的每个钢梁牛腿均包括有水平设置的上翼缘板和下翼缘板、以及竖直连接于上翼缘板和下翼缘板之间的钢梁牛腿腹板，所述的每个钢梁牛腿的上翼缘板均位于同一水平高度，四个钢梁牛腿中，对称设置的两个钢梁牛腿的下翼缘板位于同一水平高度，且两个位于同一水平高度的下翼缘板低于另外两个位于同一水平高度的下翼缘板。
所述的每个环形箍板均包括有竖直设置的环形板和两个竖直设置且分别连接于环形板两端的矩形板，所述的条形穿槽设置于环形板的三分之一高度和三分之二高度处且贯通环形板的两端，每个环形箍板两端的矩形板均伸入到对应的钢梁牛腿的上翼缘板和下翼缘板之间，且与对应钢梁牛腿的上翼缘板、下翼缘板和钢梁牛腿腹板紧密接触并焊接固定。
所述的十字柱相邻的十字柱腹板之间均焊接有竖直设置的斜连接板和两个上下水平设置的环形连接板，所述的斜连接板的竖向高度选取型钢梁高的一半和400mm两者之间的较小值，所述的两个环形连接板均位于斜连接板的下方且两个环形连接板的水平高度分别与两个不同水平高度的下翼缘板相同。
所述的十字柱的十字柱腹板和对应的十字柱翼缘板之间均连接有直角三角形结构的脚撑板，所述的十字柱上连接有二十四脚撑板，每八个脚撑板位于同一水平高度从而分成三层脚撑板，从上往下数的第一层脚撑板位于斜连接板的上方、第二层脚撑板的水平高度与两个不同水平高度下翼缘板之间的中心高度相等、第三层脚撑板位于最低水平高度下翼缘板以下100mm处。
所述的十字柱上两层不同高度的环形连接板，每层环形连接板均构成一个外圈为八边形、内圈为圆形的环状板结构，内圈圆形的半径等于十字柱腹板中心向十字柱翼缘板延伸的水平长度与脚撑板紧贴十字柱腹板一直角边长度之差。
所述的ECC混凝土的浇筑横截面范围为整个型钢柱和型钢梁延伸的一段距离，所述的型钢梁延伸的一段距离不小于型钢混凝土柱截面高度的0.5倍。
一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点的施工地点，具体包括有以下步骤：
(1)、按十字柱的平面投影尺寸，在地面上划出十字柱的中心线、外形轮廓线及各附属件的定位线，然后进行搭设胎架模板；
(2)、将十字柱吊上组装胎架进行定位，定位正确后即可进行焊接，焊后校正，然后进行斜连接板、环形连接板和脚撑板的安装定位；
(3)、各部件定位后进行自检互检，合格后即可进行焊接，焊后进行探伤、校正，再整体上组装胎架进行焊后完整性的验收；
(4)、现场吊装节点钢骨，焊接安装钢梁，绑扎钢筋并支设模版，方法与普通型钢混凝土相同，在ECC混凝土和普通混凝土交界处用钢丝绑扎钢丝网片，然后先进行ECC混凝土的浇筑，再进行普通混凝土的浇筑即可。
所述的钢梁牛腿和环形箍板在进行安装定位时，分别定位于各自的安装位置线，同时保证与地面的垂直度。
本发明的优点：
(1)、本发明采用了开设有条形穿槽的环形箍板的构造代替部分箍筋的作用，构造简单且施工十分方便，大幅减少在节点核心区箍筋及开孔的数量，并增强节点的耗能能力。
(2)、本发明利用ECC混凝土材料优越的抗拉性使得柱身具备更好的抗冲击性能，节点型钢柱和梁端部位采用ECC混凝土能大幅提高节点的抗震性能，且能保证ECC混凝土与普通混凝土的交界面远离梁端剪力较大区域，ECC材料自密实的特性也让本组合节点施工十分方便且施工质量有保障。
(3)、本发明十字柱内连接的斜连接板和环形连接板可靠地连接十字柱腹板，相比一般只采用多层环形连接板的传统方案更加符合“强柱弱梁”的设计原则，而且竖直设置的斜连接板能在十字柱内受力复杂的核心部位有效传递压应力，防止局部压力过大可能对ECC混凝土的受力产生不利影响。
(4)、本发明十字柱内设置多层小面积的脚撑板，相比传统支撑方式，节约了材料，且更有利于混凝土的流动，方便施工时振捣棒从上方插入。
综上所述，本发明结合了型钢和ECC混凝土的特点，能在改善结构性能的同时大幅减少箍筋数量和开孔，制作简单且施工方便。
附图说明
图1是本发明加强型钢柱与ECC混凝土组合节点的结构示意图。
图2是本发明十字柱的上部结构示意图。
图3是本发明环形箍板的结构示意图。
图4是本发明加强型钢柱与ECC混凝土组合节点除环形箍板外的结构示意图。
图5是图4中十字柱部分的A-A剖面图。
图6是本发明加强型钢柱与ECC混凝土组合节点焊接栓钉的钢骨节点示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
见图1-图6，一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点,包括有十字柱1、四个钢梁牛腿2、四个竖直设置的环形箍板3、浇筑于型钢柱和型钢梁端区域的ECC混凝土，每个十字柱均包括有十字形结构的十字柱腹板11和四个分别连接于十字柱腹板11对应端部上的十字柱翼缘板12，每个钢梁牛腿2的内端均连接于对应的十字柱翼缘板12上，每个环形箍板3连接于相邻两个钢梁牛腿2之间；
每个钢梁牛腿2均包括有水平设置的上翼缘板21和下翼缘板22、以及竖直连接于上翼缘板21和下翼缘板22之间的钢梁牛腿腹板23，每个钢梁牛腿的上翼缘板21均位于同一水平高度，四个钢梁牛腿中，对称设置的两个钢梁牛腿的下翼缘板22位于同一水平高度，且两个位于同一水平高度的下翼缘板22低于另外两个位于同一水平高度的下翼缘板22；
每个环形箍板3均包括有竖直设置的环形板31和两个竖直设置且分别连接于环形板31两端的矩形板32，且两个矩形板32底端的水平高度不同，环形板31的三分之一高度和三分之二高度处均开设有贯通环形板两端的条形穿槽33，每个环形箍板两端的矩形板32均伸入到对应的钢梁牛腿的上翼缘板21和下翼缘板22之间，且与对应钢梁牛腿的上翼缘板21、下翼缘板22和钢梁牛腿腹板23紧密接触并焊接固定；
十字柱相邻的十字柱腹板11之间均焊接有竖直设置的斜连接板4和两个上下水平设置的环形连接板5，十字柱的十字柱腹板11和对应的十字柱翼缘板12之间均连接有直角三角形结构的脚撑板6，斜连接板4的竖向高度选取型钢梁高的一半和400mm两者之间的较小值，两个环形连接板5均位于斜连接板4的下方且两个环形连接板5的水平高度分别与两个不同水平高度的下翼缘板22相同，十字柱1上两层不同高度的环形连接板5，每层环形连接板5均构成一个外圈为八边形、内圈为圆形的环状板结构，内圈圆形的半径等于十字柱腹板11中心向十字柱翼缘板12延伸的水平长度与脚撑板6紧贴十字柱腹板11一直角边长度之差，十字柱1上连接有二十四脚撑板6，每八个脚撑板6位于同一水平高度从而分成三层脚撑板6，从上往下数的第一层脚撑板6位于斜连接板4的上方、第二层脚撑板6的水平高度与两个不同水平高度下翼缘板22之间的中心高度相等、第三层脚撑板6位于最低水平高度下翼缘板22以下100mm处；
ECC混凝土的浇筑横截面范围为整个型钢柱和型钢梁延伸的一段距离，型钢梁延伸的一段距离不小于型钢混凝土柱截面高度的0.5倍。
一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点的施工方法，包括以下步骤：
(1)、按十字柱1的平面投影尺寸，在地面上划出十字柱1的中心线、外形轮廓线及各附属件的定位线，然后进行搭设胎架模板；
(2)、将十字柱1吊上组装胎架进行定位，定位正确后即可进行焊接，焊后校正，然后进行斜连接板4、环形连接板5和脚撑板6的安装定位,钢梁牛腿2和环形箍板3在进行安装定位时，分别定位于各自的安装位置线，同时保证与地面的垂直度；
(3)、各部件定位后进行自检互检，合格后即可进行焊接，焊后进行探伤、校正，再整体上组装胎架进行焊后完整性的验收；
(4)、现场吊装节点钢骨，焊接安装钢梁，绑扎钢筋并支设模版，方法与普通型钢混凝土相同，在ECC混凝土和普通混凝土交界处用钢丝绑扎钢丝网片，然后先进行ECC混凝土的浇筑，再进行普通混凝土的浇筑即可。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，其特征在于：包括有十字柱、四个钢梁牛腿、四个竖直设置的环形箍板和浇筑于型钢柱和型钢梁端区域的ECC混凝土，每个十字柱均包括有十字形结构的十字柱腹板和四个分别连接于十字柱腹板对应端部上的十字柱翼缘板，每个钢梁牛腿的内端均连接于对应的十字柱翼缘板上，每个环形箍板连接于相邻两个钢梁牛腿之间，每个环形箍板上均开设有条形穿槽。
2.根据权利要求1所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，其特征在于：所述的每个钢梁牛腿均包括有水平设置的上翼缘板和下翼缘板、以及竖直连接于上翼缘板和下翼缘板之间的钢梁牛腿腹板，所述的每个钢梁牛腿的上翼缘板均位于同一水平高度，四个钢梁牛腿中，对称设置的两个钢梁牛腿的下翼缘板位于同一水平高度，且两个位于同一水平高度的下翼缘板低于另外两个位于同一水平高度的下翼缘板。
3.根据权利要求1所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，其特征在于：所述的每个环形箍板均包括有竖直设置的环形板和两个竖直设置且分别连接于环形板两端的矩形板，所述的条形穿槽设置于环形板的三分之一高度和三分之二高度处且贯通环形板的两端，每个环形箍板两端的矩形板均伸入到对应的钢梁牛腿的上翼缘板和下翼缘板之间，且与对应钢梁牛腿的上翼缘板、下翼缘板和钢梁牛腿腹板紧密接触并焊接固定。
4.根据权利要求2所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，其特征在于：所述的十字柱相邻的十字柱腹板之间均焊接有竖直设置的斜连接板和两个上下水平设置的环形连接板，所述的斜连接板的竖向高度选取型钢梁高的一半和400mm两者之间的较小值，所述的两个环形连接板均位于斜连接板的下方且两个环形连接板的水平高度分别与两个不同水平高度的下翼缘板相同。
5.根据权利要求4所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，其特征在于：所述的十字柱的十字柱腹板和对应的十字柱翼缘板之间均连接有直角三角形结构的脚撑板，所述的十字柱上连接有二十四脚撑板，每八个脚撑板位于同一水平高度从而分成三层脚撑板，从上往下数的第一层脚撑板位于斜连接板的上方、第二层脚撑板的水平高度与两个不同水平高度下翼缘板之间的中心高度相等、第三层脚撑板位于最低水平高度下翼缘板以下100mm处。
6.根据权利要求4所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，其特征在于：所述的十字柱上两层不同高度的环形连接板，每层环形连接板均构成一个外圈为八边形、内圈为圆形的环状板结构，内圈圆形的半径等于十字柱腹板中心向十字柱翼缘板延伸的水平长度与脚撑板紧贴十字柱腹板一直角边长度之差。
7.根据权利要求1所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点，其特征在于：所述的ECC混凝土的浇筑横截面范围为整个型钢柱和型钢梁延伸的一段距离，所述的型钢梁延伸的一段距离不小于型钢混凝土柱截面高度的0.5倍。
8.根据权利要求1所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点的施工地点，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、按十字柱的平面投影尺寸，在地面上划出十字柱的中心线、外形轮廓线及各附属件的定位线，然后进行搭设胎架模板；
(2)、将十字柱吊上组装胎架进行定位，定位正确后即可进行焊接，焊后校正，然后进行斜连接板、环形连接板和脚撑板的安装定位；
(3)、各部件定位后进行自检互检，合格后即可进行焊接，焊后进行探伤、校正，再整体上组装胎架进行焊后完整性的验收；
(4)、现场吊装节点钢骨，焊接安装钢梁，绑扎钢筋并支设模版，方法与普通型钢混凝土相同，在ECC混凝土和普通混凝土交界处用钢丝绑扎钢丝网片，然后先进行ECC混凝土的浇筑，再进行普通混凝土的浇筑即可。
9.根据权利要求8所述的一种加强型钢柱与ECC混凝土组合节点的施工地点，其特征在于：所述的钢梁牛腿和环形箍板在进行安装定位时，分别定位于各自的安装位置线，同时保证与地面的垂直度。
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