CN115653099A - 一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种高耗能钢管混凝土叠合柱‑预制梁节点结构。包括：叠合柱，所述叠合柱设有由内至外延伸出的第一固定部，且所述第一固定部下方在叠合柱内设有第二固定部，所述叠合柱的钢管外部混凝土层设有钢筋笼；预制梁，所述预制梁端部具有成对布置的对接部，所述对接部穿入第一固定部并通过螺栓固定；耗能件，成对布置的所述耗能件位于第一固定部下方，且两端分别螺栓连接第二固定部和预制梁提供了一种高耗能钢管混凝土叠合柱‑预制梁节点结构，能够有效增强节点连接处的受力强度，并配有可更换的耗能件，加强自身的耗能性，并且便于安装维护。

Description

一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构。

背景技术

框架结构体系在地震作用下最容易受到损坏的部位是节点核心区，而节点核心区的破坏将直接打破梁柱受力平衡关系，从而导致整个框架承载能力丧失，以致结构发生倒塌，在多高层结构框架抗震设计中，梁柱节点的连接形式和耗能能力占有重要的地位，直接关系到结构整体的安全性和可靠性；

钢管混凝土结构具有承载力高，延性好等优点，在结构工程中得到了广泛应用，管内的核心混凝土处于三向受压状态，因此整体结构的抗压承载力得以有效增强，核心混凝土又可以反过来改善外部荷载作用于钢管上的屈曲形变，叠合柱是将钢管混凝土外侧增加一层钢筋混凝土，有效避免钢管直接暴露于大气环境中，提高整体结构的抗火性及耐腐蚀性，但是，现有的节点结构在面对复杂的受力情况时，连接强度低，无法将震动力有效的消除，影响整体结构稳定，并且形变后无法进行修复，降低了整体的使用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供了一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，能够有效增强节点连接处的受力强度，并配有可更换的耗能件，加强自身的耗能性，并且便于安装维护。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，包括：

叠合柱，所述叠合柱设有由内至外延伸出的第一固定部，且所述第一固定部下方在叠合柱内设有第二固定部，所述叠合柱的钢管外部混凝土层设有钢筋笼；

预制梁，所述预制梁端部具有成对布置的对接部，所述对接部穿入第一固定部并通过螺栓固定；

耗能件，成对布置的所述耗能件位于第一固定部下方，且两端分别螺栓连接第二固定部和预制梁。

优选的，所述第一固定部呈“工”字形，且端部具有与所述叠合柱内钢管焊接的环板。

优选的，所述第一固定部和对接部分别为工字钢和槽钢。

优选的，沿所述第一固定部的翼缘和腹板处设有第一预留螺栓孔，且腹板处的所述第一预留螺栓孔为错开布置，所述对接部与第一固定部的第一预留螺栓孔相对应。

优选的，所述钢筋笼的纵筋穿过环板，且纵筋的两端通过钢筋套筒连接。

优选的，所述第二固定部包括与所述叠合柱中心钢管焊接的环形架，和与所述环形架一体成型的门拱部，所述门拱部上分别设有两组且等间距分布的多个套筒。

优选的，所述耗能件包括多层相互叠加布置的低屈服点钢板和耗能金属板，以及与所述低屈服点钢板和耗能金属板两端焊接固定的平板；两个所述平板上设有与预制梁，以及第二固定部连接的第二预留螺栓孔。

优选的，所述低屈服点钢板的屈服点小于200MPa。

优选的，所述低屈服点钢板和耗能金属板为“漏斗形”，所述低屈服点钢板和耗能金属板上表面两端宽中间窄。

优选的，两个所述耗能件的总宽度小于预制梁的宽度。

优选的，所述对接部的下方在预制梁内设有与耗能件连接的套筒组件。

优选的，所述第一固定部外部延伸的预留长度为第一固定部端面至叠合柱外包混凝土表面间距离。

优选的，所述耗能件以及对接部与第一固定部的连接处长度均与第一固定部延伸出的预留长度相等。

优选的，所述对接部在预制梁内的预埋长度为型钢段。

优选的，所述第一固定部和对接部的连接处浇筑有完全包覆的混凝土部，且所述混凝土部的上端高度与预制梁上表面平齐，下端与耗能件的上表面呈间隙布置。

优选的，所述混凝土部为uhpc混凝土或RPC混凝土。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本技术方案可有效提高钢管混凝土结构的抗剪承载力和抵抗残余变形的能力，且在地震后具有良好的耗能能力，有效延长建筑使用寿命的目的；

2、耗能件的设计，提高了自身的耗能能力，并且在受力中做到先耗能，先破坏，破坏后通过自身与第二固定部和预制梁为可拆卸的连接方式，方便进行更换维护；

3、通过对接部穿入第一固定部内，并利用螺栓固定，接触紧密可靠，有效提升整体的综合性能；

4、在第一固定部和对接部连接后，后浇筑的混凝土部包覆在外围，使叠合柱与预制梁之间形成整体结构，有效提升整体连接后的受力强度。

附图说明

图1为一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构的整体连接示意图；

图2为一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构的预制梁结构示意图；

图3为一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构的柱体内部结构示意图；

图4为一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构的第二固定部结构示意图；

图5为一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构的套筒组件结构示意图；

图6为一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构的耗能件结构示意图；

图7为一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构的整体结构演示图。

图中：1、叠合柱；2、第一固定部；3、第二固定部；4、预制梁；5、对接部；6、耗能件；101、混凝土部；102、钢筋笼；201、环板；202、第一预留螺栓孔；301、环形架；302、门拱部；303、套筒；401、套筒组件；601、低屈服点钢板；602、耗能金属板；603、平板；604、第二预留螺栓孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1-7所示，一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于，包括：叠合柱1，叠合柱1为主体结构，设有由内至外延伸出的第一固定部2，且第一固定部2下方在叠合柱1内设有第二固定部3，叠合柱1的钢管外部混凝土层设有钢筋笼102，与混凝土浇筑在一起，形成叠合柱1的外层；预制梁4，预制梁4为工厂预先加工制造，同时预制梁4端部具有成对布置的对接部5，对接部5穿入第一固定部2并通过螺栓固定；耗能件6，成对布置的耗能件6位于第一固定部2下方，且两端分别螺栓连接第二固定部3和预制梁4；实际使用中，在受到震动力时，利用耗能件6自身耗能形变，实现减震效果，从而减小震动力对整体结构的影响；

优选的实施例，叠合柱1由内至外分别为核心混凝土、钢管、外包混凝土以及位于外包混凝土层中的钢筋笼102，具有良好的支撑强度。

结合图1、图2和图3所示，第一固定部2呈“工”字形，且端部具有与叠合柱1内钢管焊接的环板201；环板201套入叠合柱1的钢管内，并进行焊接固定，而成对布置的对接部5插入第一固定部2中，随后利用螺栓连接固定，实现整体的安装，有效增强节点强度，同时螺栓的连接方式方便安装拆卸；

具体的为，第一固定部2和对接部5分别为工字钢和槽钢，充分利用现有材质结构，便于安装制造；并且环板201采用两个安装，分别为上、下布置，两个环板201相对内面之间的间距为工字钢腹板高度，同时环板201与工字钢之间为焊接固定，并且靠近钢管处的工字钢翼缘部分与钢管同为焊接连接；

优选的实施例，沿第一固定部2的翼缘和腹板处分部有第一预留螺栓孔202，且在腹板处加工出两排第一预留螺栓孔202，并保证两排第一预留螺栓孔202为错开布置，有效防止应力集中，对接部5与第一固定部2上的第一预留螺栓孔202相对应，螺栓穿过槽钢的上、中、下三面的第一预留螺栓孔202，并与工字钢上、下翼缘和腹板对应的第一预留螺栓孔202连接，实现第一固定部2和对接部5的安装，固定可靠，受力强度大；

优选的实施例，钢筋笼102的纵筋穿过环板201并固定，且纵筋的两端位置安装有钢筋套筒，用以提高连接强度。

结合图4所示，第二固定部3包括与叠合柱1中心钢管焊接的环形架301，和于环形架301一体成型的门拱部302，门拱部302上分别设有两组且等间距分布的多个套筒303，提供耗能件6的安装部位。

结合图6所示，耗能件6包括多层相互叠加布置的低屈服点钢板601和耗能金属板602，两者为不同数量的叠加形成多层结构，同时低屈服点钢板601和耗能金属板602两端焊接固定的平板603，通过两个平板603上的第二预留螺栓孔604分别与预制梁4和第二固定部3连接；其中，低屈服点钢板601和耗能金属板602按照不同比例厚度分层放置，达到不同等级的抗震效果，如，一块低屈服点钢板601上方放置一块耗能金属板602，并按照此形式依次叠加；还可以为，一块低屈服点钢板601上方放置两块耗能金属板602，并按照此形式依次叠加；还可以为一块、两块、三块、四块等低屈服点钢板601，叠加配置不同数量的耗能金属板602，实现不同等级的抗震效果；

两者叠加布置，具体的为，低屈服点钢板601屈服点低，具有良好的延性；耗能金属板602具有较高的屈服点，两种材料组合做到优势互补，在地震中，低屈服材料率先进入变形并达到屈服阶段，该节点进行充分耗能减震，进而耗能能力极大提高从而达到良好抗震的效果，并且整体结构为先耗能，先破坏，破坏之后可以更换，方便后期的维修作业；

进一步的，低屈服点钢板601采用LY160，耗能金属板602采用Q355B钢材；

优选的实施例，低屈服点钢板601的屈服点小于200MPa，使自身具有良好的延性；

优选的实施例，低屈服点钢板601和耗能金属板602为“漏斗形”，具体的为低屈服点钢板601和耗能金属板602上表面两端宽中间窄，满足耗能形变的要求；

优选的实施例，两个耗能件6的总宽度小于预制梁4的宽度，便于安装或拆卸。

结合图5所示，对接部5的下方在预制梁4内设有与耗能件6连接的套筒组件401；预制梁4的套筒组件401包括底部板和套筒件构成，整体和第二固定部3处于相同高度，且套筒件等间距布置在底部板上，防止应力集中，同时套筒件上具有连接用螺纹，方便与耗能件6端部连接固定。

优选的实施例，结合图3所示，第一固定部2外部延伸出的预留长度等于第一固定部2的端面至叠合柱1外包混凝土表面间距离；而耗能件6以及对接部5与第一固定部2的连接处长度，两者均与第一固定部2延伸出的预留长度相等；能够在连接中，使部件之间充分接触，提高安装后的紧密性，提升整体性能；

预制梁4在工厂制作中，对接部5在预制梁4内的预埋长度为型钢段，同时预制梁4本身采用钢筋混凝土浇筑而成，方便整体结构的制作；

结合图7所示，第一固定部2和对接部5的连接处浇筑有完全包覆在外部的混凝土部101，并且混凝土部101的上端高度与预制梁4上表面平齐，下端与耗能件6上表面之间具有一定的间隙，不与耗能件6接触，防止影响耗能件6自身的耗能形变；

具体的为，混凝土部101采用uhpc混凝土或RPC混凝土，同时后浇的混凝土部101结构可以增强节点强度。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (16)

1.一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于，包括：

叠合柱(1)，所述叠合柱(1)设有由内至外延伸出的第一固定部(2)，且所述第一固定部(2)下方在叠合柱(1)内设有第二固定部(3)，所述叠合柱(1)的钢管外部混凝土层设有钢筋笼(102)；

预制梁(4)，所述预制梁(4)端部具有成对布置的对接部(5)，所述对接部(5)穿入第一固定部(2)并通过螺栓固定；

耗能件(6)，成对布置的所述耗能件(6)位于第一固定部(2)下方，且两端分别螺栓连接第二固定部(3)和预制梁(4)。

2.根据权利要求1所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述第一固定部(2)呈“工”字形，且端部具有与所述叠合柱(1)内钢管焊接的环板(201)。

3.根据权利要求2所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述第一固定部(2)和对接部(5)分别为工字钢和槽钢。

4.根据权利要求3所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：沿所述第一固定部(2)的翼缘和腹板处设有第一预留螺栓孔(202)，且腹板处的所述第一预留螺栓孔(202)为错开布置，所述对接部(5)与第一固定部(2)的第一预留螺栓孔(202)相对应。

5.根据权利要求2所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述钢筋笼(102)的纵筋穿过环板(201)，且纵筋的两端通过钢筋套筒连接。

6.根据权利要求1所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述第二固定部(3)包括与所述叠合柱(1)中心钢管焊接的环形架(301)，和与所述环形架(301)一体成型的门拱部(302)，所述门拱部(302)上分别设有两组且等间距分布的多个套筒(303)。

7.根据权利要求1所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述耗能件(6)包括多层相互叠加布置的低屈服点钢板(601)和耗能金属板(602)，以及与所述低屈服点钢板(601)和耗能金属板(602)两端焊接固定的平板(603)；两个所述平板(603)上设有与预制梁(4)，以及第二固定部(3)连接的第二预留螺栓孔(604)。

8.根据权利要求7所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述低屈服点钢板(601)的屈服点小于200MPa。

9.根据权利要求7所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述低屈服点钢板(601)和耗能金属板(602)为“漏斗形”，所述低屈服点钢板(601)和耗能金属板(602)上表面两端宽中间窄。

10.根据权利要求1所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：两个所述耗能件(6)的总宽度小于预制梁(4)的宽度。

11.根据权利要求1所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述对接部(5)的下方在预制梁(4)内设有与耗能件(6)连接的套筒组件(401)。

12.根据权利要求1所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述第一固定部(2)外部延伸的预留长度为第一固定部(2)端面至叠合柱(1)外包混凝土表面间距离。

13.根据权利要求12所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述耗能件(6)以及对接部(5)与第一固定部(2)的连接处长度均与第一固定部(2)延伸出的预留长度相等。

14.根据权利要求1所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述对接部(5)在预制梁(4)内的预埋长度为型钢段。

15.根据权利要求1-14任意一项所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述第一固定部(2)和对接部(5)的连接处浇筑有完全包覆的混凝土部(101)，且所述混凝土部(101)的上端高度与预制梁(4)上表面平齐，下端与耗能件(6)的上表面呈间隙布置。

16.根据权利要求15所述的一种高耗能钢管混凝土叠合柱-预制梁节点结构，其特征在于：所述混凝土部(101)为uhpc混凝土或RPC混凝土。

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