CN112376695A - 带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点、连接方法 - Google Patents

带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点、连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及装配式钢结构技术领域，具体公开了一种带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点及其设计方法。该连接节点包括：1号管柱、2号管柱、芯筒以及预应力钢拉杆，其中，1号管柱底部端面设有1号法兰，2号管柱顶部端面具有2号法兰；1号法兰与2号法兰能够通过法兰螺栓固定连接；1号管柱上靠近1号法兰的柱壁上设置有多个单向螺栓孔，芯筒能够穿设在1号管柱和2号管柱，并能够通过单向螺栓经孔道与1号管柱连接，通过预应力钢拉杆将上下管柱紧固在一起。本申请采用法兰和芯筒便于产业化生产，通过单向螺栓将芯筒、柱壁以连接，保证了连接结构性能，同时预应力钢拉杆的存在，能够有效减小螺栓拉力，实现了高效装配。

Description

带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点、连接方法
技术领域
本发明涉及装配式钢结构技术领域，尤其涉及芯筒法兰闭口截面柱节点技术领域。
背景技术
装配式钢结构符合我国建筑产业化发展的需要，实现标准化设计、工厂化生产、装配化施工，大大降低劳动强度，缩短工期，必将成为未来中国建筑发展的趋势。我国钢材产能严重过剩，全国环境污染加剧，推广装配式钢结构建筑，有利于降低施工污染、化解钢材产能过剩。目前，钢结构中广泛应用的钢管柱或箱形柱全熔透焊接拼接的传统连接技术，存在施工效率低、质量难以保证、结构可拆性差、污染环境等突出问题。因此充分发挥钢结构的优势，研发更高效的现场装配结构体系迫在眉睫。钢结构水平构件全螺栓连接已经有规范推荐，钢结构竖向构件的可靠连接目前研究较少，因而突破钢结构竖向构件全螺栓连接的关键技术，研发装配式钢结构高效连接体系，在提高施工效率的同时，大幅减少现场焊接操作，实现建筑产业从高能耗、高人工、高消耗的状态，向绿色环保、高速高质新模式的转变具有重大意义。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点及其设计方法。不少学者已经进行了这方面的研究，取得了不少的研究成果，但多数节点实现了高效装配，但节点处无法实现与全熔透焊接一致的连接效果，此节点不仅可以实现以上的目标，还可以在节点受到很大拉力的时候不会发生螺栓破断而失效。
第一方面，本申请提供了一种带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点，用于装配式钢结构，该连接节点包括：包括：1号管柱、2号管柱、芯筒和预应力钢拉杆；
其中，所述1号管柱的下部端面具有1号法兰，所述2号管柱的上部端面具有2号法兰，所述1号法兰与所述2号法兰通过螺栓固定连接，形成法兰连接；
所述1号管柱上靠近1号法兰的柱壁上，设置有一个或多个单向螺栓孔；所述芯筒筒壁上设置有与1号管柱对应的一个或多个单向螺栓孔；所述芯筒穿设在1号管柱和2号管柱内，并通过单向螺栓经所述芯筒和1号管柱上的单向螺栓孔与1号管柱连接；
所述1号管柱和所述2号管柱的柱壁内设置有安装隔板，所述安装隔板上开有洞口用以穿所述预应力刚拉杆，所述预应力钢拉杆穿过 1号管柱、2号管柱、芯筒、安装隔板后张拉、锚固。
在某些实施例中，所述2号管柱的安装隔板能够将所述芯筒的下半部分定位在2号管柱柱壁内，并使所述芯筒和1号管柱上的单向螺栓孔重合。
在某些实施例中，所述芯筒为八边形芯筒，截面由八块钢板焊接而成，或者所述芯筒由圆管直接冷弯成型，或者所述芯筒为采用将八块钢板依次与2号管柱的柱壁、2号管柱的安装隔板焊接的方式与2 号管柱形成整体。
在某些实施例中，所述单向螺栓为自锁式单向螺栓。
在某些实施例中，所述的1号管柱以及2号管柱为竖向构件柱。
第二方面，本申请提供了一种带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点的连接方法，其包括步骤如下：
第1步，2号管柱穿过预应力钢拉杆并吊装就位；
第2步，吊装1号管柱，并穿过预应力钢拉杆，芯筒穿入1号管柱内部，同时对准位于1号管柱柱壁上单向螺栓孔以及位于芯筒上的单向螺栓孔，并通过单向螺栓在外部进行连接；
第3步，通过法兰螺栓将1号管柱与2号管柱的两端面上的法兰板固定连接；
第4步，预应力钢拉杆张拉锚固；
第5步，钢梁吊装，并安装钢梁翼缘上的连接板，并通过翼缘上的高强度螺栓进行连接。
在某些实施例中，所述第2步中，将芯筒穿设在1号管柱的内壁，并与1号管柱内的安装隔板保持15mm的距离，使芯筒的筒壁上半部分中的单向螺栓孔洞与1号管柱的单向螺栓孔重叠。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：该连接结构，在保证柱与柱之间连接性能与传统焊接连接的力学性能接近的基础上，采用法兰板和芯筒便于产业化生产，并且以单向螺栓的方式保证了芯筒与柱壁的紧密连接，保证了结构的性能，实现了结构的高效装配，实现了施工现场的全螺栓连接，有效的加快了施工进度。同时因为钢拉杆的存在，能够有效避免因结构的布置所导致的螺栓拉力较大的情况，主要通过给结构施加一个预压力来抵消螺栓拉力，并且通过设置单向螺栓孔，在一定程度上降低了芯筒和柱壁的加工精度要求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点一种实施方式的装配状态的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点一种实施方式的部分装配状态的示意图；
图3为本发明芯筒整体式加工方法；
图4为本发明芯筒分离式采用工装单独的加工方法；
图5为本发明芯筒分离式采用圆管冷弯成型的加工方法；
图6为本申请实施例提供的带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点的连接方法流程图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“节点”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参考图1至图4所示，本申请实施例中提供的一种带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点，其包括：1号管柱1、2号管柱9、预应力钢拉杆5和芯筒12。应当理解，图示为箱形截面柱，仅为示例性说明，而不是特指箱形截面柱，此本申请实施例的连接结构可以适用于钢管柱、方钢管柱、圆管柱等闭口截面柱。
在本申请实施例中，1号管柱1的下端面具有1号法兰8，2号管柱9的上端面具有2号法兰7。1号法兰8与2号法兰7能够通过多个法兰螺栓11固定连接，形成1号管柱1与2号管柱9之间的第一连接。
在本申请实施例中，1号管柱1上靠近1号法兰8的柱壁上，设置有多个单向螺栓孔16；芯筒12筒壁上设置有与1号管柱对应的多个单向螺栓孔15。芯筒12能够穿设在1号管柱1和2号管柱9内，并能够通过单向螺栓4经单向螺栓孔洞15、16与1号管柱1进行连接，形成芯筒12与1号管柱1和2号管柱9之间的第二连接。由芯筒12 保证连接结构刚接，增加连接区域的刚度，螺栓拉力得以减小，增强了节点的承载力。单向螺栓4为自锁式单向螺栓，可直接在柱壁外进行施工，使得芯筒壁及1号管柱柱壁紧密贴合。
参考图1、图2所示，在本申请实施例中，1号管柱1和2号管柱 9的柱壁内分别设置有安装隔板3和10，安装隔板10能够将芯筒12 的下半部分定位在2号管柱9的管柱内，安装隔板3作用则是防止在地震过程中，芯筒脱离1号管柱1失效。
在本申请实施例中，预应力钢拉杆5穿过1号管柱1、2号管柱9、芯筒12、安装隔板3及安装隔板10后张拉、锚固。
在某些实施例中，1号管柱1的1号法兰8之间和2号管柱9与2 号法兰7之间，设置有多个法兰螺栓11。多个加强筋设置在1号管柱 1和2号管柱2的外侧，便于施工。法兰螺栓的数量和大小由1号管柱1和2号管柱9的尺寸决定。法兰螺栓11能够增加刚度，并保护柱体与法兰板之间的焊缝。
在某些实施例中，参考图4所示，芯筒12为八边形芯筒，截面由八块钢板焊接而成；如图5所示，芯筒12也可以由圆管直接冷弯成型；如图3所示，芯筒12也可以采用将八块钢板依次与柱壁、安装隔板焊接的方式与下柱形成整体。
在某些实施例中，1号管柱1和2号管柱9为竖向构件柱。参考图1至图2所示，1号管柱1为上柱，2号管柱9为下柱。
图6为本申请实施例提供的带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点的连接方法流程图，如图6所示，连接方法包括第1步至第5步。
第1步，2号管柱9穿过预应力钢拉杆5并吊装就位。
第2步，吊装1号管柱1，并穿过预应力钢拉杆5，芯筒12穿入 1号管柱1内部，同时对准位于1号管柱1柱壁上单向螺栓孔16以及位于芯筒12上的单向螺栓孔15，并通过单向螺栓4在外部进行连接。
第3步，通过法兰螺栓11将1号管柱1与2号管柱9的两端面上的法兰板7和8固定连接。
第4步，预应力钢拉杆5张拉锚固。
第5步，钢梁2吊装，并安装钢梁翼缘上的连接板13和14，并通过翼缘上的高强度螺栓6进行连接。
在某些实施中，上述步骤序号作为示例性说明，也是对本申请实施例的步骤顺序的限定，例如：因为在吊装钢梁完成后再紧固所有螺栓，即终拧，不然在螺栓紧固之后产生变形无法再安装。
在某些实施例中，上述第2步中，将芯筒12穿设在1号管柱1 的内壁，并与1号管柱1内的安装隔板3保持15mm的距离，使芯筒 12的筒壁上半部分中单向螺栓孔洞15与1号管柱1的单向螺栓孔16 重叠。
在某些实施例中，1号管柱1、2号管柱9和芯筒12，可为普通强度等级钢材(例如Q355等)，或者高性能钢材(例如Q420)。本申请实施例对此不做限定。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：该连接结构，在保证箱形截面竖向构件柱与柱之间连接性能与传统焊接连接的力学性能接近的基础上，采用法兰板和芯筒便于产业化生产，并且以单向螺栓的方式保证了芯筒与柱壁的连接，同时，增加的钢拉杆能够有效减小螺栓拉力，提高了节点的承载力，保证了连接结构的性能，实现了结构的高效装配，极大减少了焊接，有效的加快了施工进度。并且通过设置单向螺栓孔，在一定程度上降低了芯筒和柱壁的加工精度要求。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。

Claims (7)

1.一种带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点，用于装配式钢结构，其特征在于，其包括：1号管柱、2号管柱、芯筒和预应力钢拉杆；
其中，所述1号管柱的下部端面具有1号法兰，所述2号管柱的上部端面具有2号法兰，所述1号法兰与所述2号法兰通过螺栓固定连接，形成法兰连接；
所述1号管柱上靠近1号法兰的柱壁上，设置有一个或多个单向螺栓孔；所述芯筒筒壁上设置有与1号管柱对应的一个或多个单向螺栓孔；所述芯筒穿设在1号管柱和2号管柱内，并通过单向螺栓经所述芯筒和1号管柱上的单向螺栓孔与1号管柱连接；
所述1号管柱和所述2号管柱的柱壁内设置有安装隔板，所述安装隔板上开有洞口用以穿所述预应力刚拉杆，所述预应力钢拉杆穿过1号管柱、2号管柱、芯筒、安装隔板后张拉、锚固。
2.如权利要求1所述带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点，其特征在于，所述2号管柱的安装隔板能够将所述芯筒的下半部分定位在2号管柱柱壁内，并使所述芯筒和1号管柱上的单向螺栓孔重合。
3.如权利要求1或2所述带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点，其特征在于，所述芯筒为八边形芯筒，截面由八块钢板焊接而成，或者所述芯筒由圆管直接冷弯成型，或者所述芯筒为采用将八块钢板依次与2号管柱的柱壁、2号管柱的安装隔板焊接的方式与2号管柱形成整体。
4.如权利要求1或2所述带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点，其特征在于，所述单向螺栓为自锁式单向螺栓。
5.如权利要求1或2所述带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点，其特征在于，所述的1号管柱以及2号管柱为竖向构件柱。
6.一种如权利要求1-5中任一权利要求所述带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点的连接方法，其特征在于，其包括步骤如下：
第1步，2号管柱穿过预应力钢拉杆并吊装就位；
第2步，吊装1号管柱，并穿过预应力钢拉杆，芯筒穿入1号管柱内部，同时对准位于1号管柱柱壁上单向螺栓孔以及位于芯筒上的单向螺栓孔，并通过单向螺栓在外部进行连接；
第3步，通过法兰螺栓将1号管柱与2号管柱的两端面上的法兰板固定连接；
第4步，预应力钢拉杆张拉锚固；
第5步，钢梁吊装，并安装钢梁翼缘上的连接板，并通过翼缘上的高强度螺栓进行连接。
7.一种如权利要求6所述带预应力钢拉杆的芯筒法兰闭口截面柱连接节点的连接方法，其特征在于，所述第2步中，将芯筒穿设在1号管柱的内壁，并与1号管柱内的安装隔板保持15mm的距离，使芯筒的筒壁上半部分中的单向螺栓孔洞与1号管柱的单向螺栓孔重叠。
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