CN111794440A - 一种钢管混凝土柱托换节点 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢管混凝土柱托换节点，包括钢管混凝土柱(1)，对称设于钢管混凝土柱(1)两侧的托换装置(2)，以及设于钢管混凝土柱(1)与托换装置(2)之间用以支撑托换装置(2)的加强钢板(6)，以及设于托换装置(2)两侧的对拉螺杆(4)，所述托换装置(2)为弧形箱型构件，其内凹弧形孔(21)与钢管混凝土柱(1)焊接，所述托换装置(2)与钢管混凝土柱(1)接触部位形成围合区域，该区域对应的钢管混凝土柱(1)表面焊接抗剪栓钉(3)，所述托换装置(2)在该围合区域内部灌注细石混凝土(5)。与现有技术相比，本发明具有有效适用于钢管混凝土结构、抗剪承载力高、安全可靠等优点。

Description

一种钢管混凝土柱托换节点

技术领域

本发明涉及一种托换节点，尤其是涉及一种钢管混凝土柱托换节点。

背景技术

随着我国经济的不断发展，钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了较多的应用。此外，近年来在多层、高层民用住宅建筑中也开始采用钢管混凝土柱，且获得的经济效益显著。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等。

随着人们对建筑使用功能要求的改变，建筑改造工程不断增多。对于建筑改造工程中的建筑移位、顶升等项目，常需用到结构托换技术，它直接影响建筑物顶升、移位的成功与否。结构托换是指通过托换节点将上部结构的荷载传递到下部基础中。目前已有的托换节点几乎仅适用混凝土柱，无法实现对钢管混凝土柱的托换。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有有效适用于钢管混凝土结构、抗剪承载力高、安全可靠的钢管混凝土柱托换节点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种钢管混凝土柱托换节点，包括钢管混凝土柱，对称设于钢管混凝土柱两侧的托换装置，设于钢管混凝土柱与托换装置之间用以支撑托换装置的加强钢板，以及设于托换装置两侧的对拉螺杆，所述托换装置为弧形箱型构件，该弧形箱型构件的一侧设有用以灌注细石混凝土的内凹弧形孔，该内凹弧形孔的边缘与钢管混凝土柱焊接，使所述托换装置与钢管混凝土柱接触部位形成围合区域，该区域对应的钢管混凝土柱表面焊接抗剪栓钉，所述托换装置在该围合区域内部灌注细石混凝土。

进一步地，所述托换装置包括焊接的顶部钢板、底部钢板、前部钢板、后部钢板和三块侧部钢板，顶部钢板、底部钢板同一端的中央位置分别设有内凹弧槽，两个侧部钢板分别焊接在两个内凹弧槽的两侧，使托换装置形成内凹弧形孔，另一个侧部钢板焊接于顶部钢板、底部钢板的另一端，所述内凹弧形孔的弧度小于180°，所述内凹弧形孔的边缘与钢管混凝土柱焊接连接，使托换装置与钢管混凝土柱的接触部位形成一围合区域。

进一步地，所述内凹弧形孔的边缘与钢管混凝土柱采用剖口全熔透焊连接。

进一步地，多个加强钢板等间距设置在钢管混凝土柱与托换装置之间。

进一步地，所述加强钢板采用直角三角钢板，加强钢板直角侧的两个平面分别与托换装置、钢管混凝土柱焊接连接。

进一步地，多个抗剪栓钉等间距且呈放射状布置，相邻抗剪栓钉之间的竖向间距为100～200mm，水平延长线交点夹角为20°～40°。

进一步地，所述加强钢板的个数不小于三块，所述加强钢板的厚度不小于20mm。

进一步地，所述托换装置中焊接有用以加强托换装置刚度的钢板，该钢板设有灌注洞口。

进一步地，在该托换节点制作安装完成后，切割钢管混凝土柱，并在钢管混凝土柱切割断面处焊接封口钢板，所述封口钢板的厚度不小于钢管混凝土柱中的钢管壁厚。

进一步地，在支座反力作用下，在加强钢板的端部设置盖板，盖板为倾斜的盖板，盖板固定在各加强钢板之间，并与加强钢板的斜边形成封闭结构。优选地，规定盖板的厚度不小于16mm。同时设置盖板可增加托换节点的刚度，防止加强钢板发生受压屈曲。

进一步地，本发明钢管混凝土柱托换节点的安装步骤为：

1)根据设计要求准备钢板、对拉螺杆、抗剪栓钉和细石混凝土；

2)将一块钢板作为托换装置的顶部钢板并保留，将其他六块钢板焊接连接形成初始的无顶部的托换装置；

3)根据设计确定托换装置和钢管混凝土柱接触形成的围合区域，在该区域的钢管混凝土柱上焊接抗剪栓钉；

4)将初始的托换装置与钢管混凝土柱焊接连接，随后安装对拉螺杆，并拧紧螺母至张拉临界装填；

5)在初始的托换装置内部浇筑细石混凝土，并添加微膨胀剂；

6)将顶板钢板与初始的托换装置、钢管混凝土柱焊接连接，形成整体托换装置；

7)安装对拉螺杆，并进行初始张拉，设置初始张拉力为设计张拉力的75％；

8)对拉螺杆初始张拉完成后，焊接加强钢板，形成整体托换节点；

9)按设计张拉力张拉对拉螺杆；

10)托换节点制作完成后，截断钢管混凝土柱，焊接封口钢板，随后进行钢管混凝土柱的建筑后续工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明在钢管混凝土柱两侧焊接有托换装置，且通过托换装置、加强钢板、抗剪栓钉、细石混凝土共同提供抗剪承载力，可有效适用于钢管混凝土柱的托换。

2)托换装置内部含有对拉螺杆，通过张拉对拉螺杆从而对托换装置与钢管混凝土柱的接触界面施加预压力，可提高托换界面的抗剪承载力，从而提高托换节点的承载力。

3)本发明托换节点的抗剪承载力包括托换装置焊缝抗剪承载力、加强钢板连接形成的倒牛腿承载力、抗剪栓钉的抗剪承载力、细石混凝土产生的界面压力从而形成的抗剪承载力，对拉螺杆提供的抗剪承载力五部分，整个托换节点受力明确，抗剪承载力高，安全可靠。

附图说明

图1为实施例中钢管混凝土柱托换节点的平面示意图；

图2为实施例中钢管混凝土柱托换节点的立面图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为托换装置的构件示意图；

图5为图4的A-A剖面图；

图6为图4的B-B剖面图；

图中标号所示：

1、钢管混凝土柱；2、托换装置；3、抗剪栓钉；4、对拉螺杆；5、细石混凝土；6、加强钢板；7、盖板；8、封口钢板，21、内凹弧形孔，22、钢板，23、螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～3所示，本发明涉及一种钢管混凝土柱托换节点，该托换节点应用在钢管混凝土柱1上，包括托换装置2、加强钢板6、对拉螺杆4和抗剪栓钉3。钢管混凝土柱1的两侧对称设置托换装置2，加强钢板6的一端连接托换装置2，另一端连接钢管混凝土柱1，用于支撑托换装置2。

托换装置2由七块钢板焊接组成，焊接后的托换装置2为中空弧形箱型构件，该中空弧形箱型构件的顶部、底部、前部、后部、两个侧部别通过钢板并相互焊接，顶部、底部的钢板的一侧中央位置设有内凹弧槽，构件的一侧部由一个钢板焊接，另一侧部通过两个钢板焊接在顶部、底部钢板对应的内凹弧槽两侧，使中空弧形箱型构件的另一侧部形成内凹弧形孔21，内凹弧形孔21无钢板密封。内凹弧形孔21的两侧分别设有钢板22。内凹弧形孔21的弧度小于180°。内凹弧形孔21的边缘与钢管混凝土柱1接触，并通过焊接连接，托换装置2与钢管混凝土柱1的接触部位形成一围合区域，为提高托换节点的抗剪承载力并加强托换装置2与钢管混凝土柱的连接，宜在托换装置2与钢管混凝土柱围合区域内部灌注细石混凝土5。为加强细石混凝土5与钢管混凝土柱1的连接，同时提高托换节点的抗剪承载力，在钢管混凝土柱1与托换装置2的接触区域上设置多排抗剪栓钉3。同一高度处的抗剪栓钉3应等间距并呈放射状布置，不同排的抗剪栓钉3为空间平行关系。对于圆形的钢管混凝土柱1，抗剪栓钉3采用放射状布置，可减小应力集中。抗剪栓钉3的直径不宜小于8mm，上、下两排相邻抗剪栓钉3的竖向间距宜为100～200mm，水平延长线交点夹角以为20°～40°。在本实施例中，在灌注细石混凝土5之前，将抗剪栓钉3提前焊接在钢管混凝土柱1上，且不与托换装置2发生空间碰撞。

为提高托换节点的抗剪承载力，同时对细石混凝土5产生的膨胀压力施加约束反力，避免托换装置2焊缝受拉破坏，在托换装置2两侧对称设置对拉螺杆4。对拉螺杆4每侧不应小于2根，对拉螺杆4直径不应小于16mm。具体地，在本实施例中，托换装置2中内凹弧形孔21的左右两侧钢板22分别设有1根对拉螺杆4，两个对拉螺杆4的一端分别插入一个托换装置2内凹弧形孔21相对的另一侧钢板22，并从内凹弧形孔21两侧的钢板22穿出，然后依次穿设另一个托换装置2的内凹弧形孔21两侧的钢板22以及内凹弧形孔21相对的另一侧钢板22。每一个托换装置2在对拉螺杆4穿过位置预留螺栓孔23。在托换装置2内部设置对拉螺杆4，可通过张拉对拉螺杆4，从而对托换装置2与钢管混凝土柱1的接触界面施加预压力，提高托换界面的抗剪承载力，从而提高托换节点的承载力。

钢管混凝土柱1与托换装置2之间设置加强钢板6，此时托换节点可视为一倒牛腿的力学模型，加强钢板6的设置可增加托换节点的抗剪承载力。为保证倒牛腿结构的可靠性，加强钢板6采用直角三角钢板，锐角宜为30°～60°。加强钢板6的直角侧的两个平面分别与托换装置2和钢管混凝土柱1焊接连接。多个加强钢板6应等间距设置在钢管混凝土柱1与托换装置2之间，并不应小于3块，厚度不应小于20mm。

在支座反力作用下，加强钢板6容易发生受压屈曲，故本发明在加强钢板6的端部设置盖板7，盖板7为倾斜的盖板，盖板7固定在各加强钢板6之间，并与加强钢板6的斜边形成封闭结构。且规定盖板7厚度不宜小于16mm。同时设置盖板7可增加托换节点的刚度。

在本实施例中，作为优选方案，为保证焊接连接质量并提高焊缝的抗剪承载力，托换装置2与钢管混凝土柱1的焊接方式应采用剖口全熔透焊。

优选地，托换装置2与钢管混凝土柱1形成一密闭空间，在其内部浇筑细石混凝土5并添加膨胀剂，通过膨胀剂的作用使细石混凝土5膨胀，从而在钢管混凝土柱交界面产生接触压力，进而增加交界面的竖向反摩擦力，也即托换节点的抗剪承载力。本发明限定膨胀率宜为0.025％。

托换节点制作安装完成后，切割钢管混凝土柱1，为保证钢管混凝土柱1内部混凝土与钢管不发生竖向相对滑移，应在钢管混凝土柱1的切割断面处焊接一封口钢板8，封口钢板8的厚度不宜小于钢管混凝土柱1的钢管壁厚。

本发明钢管混凝土柱托换节点，宜按以下步骤制作安装：

步骤一：根据设计要求准备钢板、对拉螺杆、抗剪栓钉和细石混凝土；

步骤二：除托换装置的顶部钢板外，将其余钢板焊接连接形成初始托换装置；

步骤三：根据设计确定托换装置和钢管混凝土柱接触形成的围合区域，在该区域的钢管混凝土柱上焊接抗剪栓钉；

步骤四：将初始托换装置与钢管混凝土柱焊接连接，之后安装对拉螺杆，并拧紧螺母至张拉临界装填；

步骤五：在初始托换装置内部浇筑细石混凝土，并添加微膨胀剂；

步骤六：将托换装置顶板钢板与初始托换装置和钢管混凝土柱焊接连接，形成整体托换装置。

步骤七：安装对拉螺杆，并进行初始张拉，初始张拉力为设计张拉力的75％；

步骤八：对拉螺杆初始张拉完成后，焊接加强钢板，形成整体托换节点；

步骤九：按设计张拉力张拉对拉螺杆；

步骤十：托换节点制作完成后，截断钢管混凝土柱，焊接封口钢板，然后进行钢管混凝土柱的顶升等操作。

本发明托换节点承载力高，安全可靠，本发明托换节点的抗剪承载力共有五部分组成：托换装置焊缝抗剪承载力、加强钢板连接形成的倒牛腿承载力、抗剪栓钉的抗剪承载力、细石混凝土产生的界面压力从而形成的抗剪承载力，对拉螺杆提供的抗剪承载力。整个托换节点受力明确，承载力高，安全可靠。

实施例2

本实施例中的托换装置的中空弧形箱型构件中焊接有钢板，以加强托换装置的刚度，需要注意的是，内部焊接的钢板必须开设洞口，以保证后续灌注细石混凝土时，能够保证灌注密实。本实施例其他结构与实施例1相同。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，包括钢管混凝土柱(1)，对称设于钢管混凝土柱(1)两侧的托换装置(2)，设于钢管混凝土柱(1)与托换装置(2)之间用以支撑托换装置(2)的加强钢板(6)，以及设于托换装置(2)两侧的对拉螺杆(4)，所述托换装置(2)为弧形箱型构件，该弧形箱型构件的一侧设有用以灌注细石混凝土(5)的内凹弧形孔(21)，该内凹弧形孔(21)的边缘与钢管混凝土柱(1)焊接，使所述托换装置(2)与钢管混凝土柱(1)接触部位形成围合区域，该区域对应的钢管混凝土柱(1)表面焊接抗剪栓钉(3)，所述托换装置(2)在该围合区域内部灌注细石混凝土(5)。

2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，所述托换装置(2)包括焊接的顶部钢板、底部钢板、前部钢板、后部钢板和三块侧部钢板，顶部钢板、底部钢板同一端的中央位置分别设有内凹弧槽，两个侧部钢板分别焊接在两个内凹弧槽的两侧，使托换装置(2)形成内凹弧形孔(21)，另一个侧部钢板焊接于顶部钢板、底部钢板的另一端，所述内凹弧形孔(21)的弧度小于180°，所述内凹弧形孔(21)的边缘与钢管混凝土柱(1)焊接连接，使托换装置(2)与钢管混凝土柱(1)的接触部位形成一围合区域。

3.根据权利要求2所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，所述内凹弧形孔(21)的边缘与钢管混凝土柱(1)采用剖口全熔透焊连接。

4.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，多个加强钢板(6)等间距设置在钢管混凝土柱(1)与托换装置(2)之间。

5.根据权利要求4所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，所述加强钢板(6)采用直角三角钢板，加强钢板(6)直角侧的两个平面分别与托换装置(2)、钢管混凝土柱(1)焊接连接。

6.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，多个抗剪栓钉(3)等间距且呈放射状布置，相邻抗剪栓钉(3)之间的竖向间距为100～200mm，水平延长线交点夹角为20°～40°。

7.根据权利要求5所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，所述加强钢板(6)的个数不小于三块，所述加强钢板(6)的厚度不小于20mm。

8.根据权利要求2所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，所述托换装置(2)中焊接有用以加强托换装置(2)刚度的钢板，该钢板设有灌注洞口。

9.根据权利要求2所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，在该托换节点制作安装完成后，切割钢管混凝土柱(1)，并在钢管混凝土柱(1)切割断面处焊接封口钢板(8)，所述封口钢板(8)的厚度不小于钢管混凝土柱(1)中的钢管壁厚。

10.根据权利要求9所述的一种钢管混凝土柱托换节点，其特征在于，该托换节点的安装步骤为：

S1、根据设计要求准备钢板、对拉螺杆(4)、抗剪栓钉(3)和细石混凝土(5)；

S2、将一块钢板作为托换装置(2)的顶部钢板并保留，将其他六块钢板焊接连接形成初始的无顶部的托换装置(2)；

S3、根据设计确定托换装置(2)和钢管混凝土柱(1)接触形成的围合区域，在该区域的钢管混凝土柱(1)上焊接抗剪栓钉(3)；

S4、将初始的托换装置(2)与钢管混凝土柱(1)焊接连接，随后安装对拉螺杆(4)，并拧紧螺母至张拉临界装填；

S5、在初始的托换装置(2)内部浇筑细石混凝土(5)，并添加微膨胀剂；

S6、将顶板钢板与初始的托换装置(2)、钢管混凝土柱(1)焊接连接，形成整体托换装置(2)；

S7、安装对拉螺杆(4)，并进行初始张拉，设置初始张拉力为设计张拉力的75％；

S8、对拉螺杆(4)初始张拉完成后，焊接加强钢板(6)，形成整体托换节点；

S9、按设计张拉力张拉对拉螺杆(4)；

S10、托换节点制作完成后，截断钢管混凝土柱(1)，焊接封口钢板(8)，随后进行钢管混凝土柱(1)的建筑后续工作。

Images