CN116716973A - 预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点及施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于梁柱连接施工技术领域，具体涉及预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点及施工工艺。预制钢管混凝土柱与预应力组合梁的连接节点有两种连接方式，分别是牛腿连接及环向钢板连接；当采用牛腿连接方式时，当牛腿位于边节点处时，牛腿一端延伸至柱钢管内部，且两者通过混凝土连接为一体，牛腿上布置预应力组合梁；当牛腿位于中间节点处时，牛腿穿过柱钢管上的孔，且两端延伸至柱钢管外侧，延伸端预应力组合梁；当采用环向钢板连接时，柱钢管外侧套装有环向钢板，且环向钢板与柱钢管之间通过螺栓连接，且在柱钢管管内浇注混凝土，环向钢板的外伸板通过螺栓连接预应力组合梁。采用以上两种连接方式的梁柱结构侧向刚度大，节点处整体性强。

Description

预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点及施工工艺

技术领域

本发明属于梁柱连接施工技术领域，具体涉及预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点及施工工艺。

背景技术

钢管混凝土结构是在钢管中浇筑混凝土而形成的一种组合结构，相对于普通混凝土结构，具有抗震性能好、自重轻、塑性好、耐疲劳和耐冲击等优点，且钢管为混凝土提供模板，可以有效解决大量模板耗材问题。组合梁是钢梁和混凝土板通过抗剪连接件连成整体而共同受力的横向承重构件，能够充分发挥钢材抗拉性能好和混凝土抗压性能好的优点，具有承载力高、刚度大、抗震和动力性能好、构件截面尺寸小、施工方便等优点。钢管混凝土结构在超高层建筑、重载结构及大跨度结构中有着广阔的应用前景。

预应力钢与混凝土组合梁是在钢与混凝土组合梁的受拉区钢梁翼缘附近的受拉区混凝土内布置预应力钢索，并施加预应力而形成的一种组合梁，这种组合梁除了具有普通钢与混凝土组合梁的特点外，还具有极限承载能力高、刚度大、跨度大、结构的弹性工作范围大、以高强钢材替代普通钢材等优点，这种预应力组合梁在大跨度结构中有着良好的应用前景。

在当前的高层民用建筑和大跨度工业厂房中，多采用混凝土或钢结构框架作为承重结构，施工方法以现浇混凝土居多，需要大量的模板，现场的作业量大，工期也较长。为了加速工程进度、节约模板与顶撑，采取预制装配式施工方式进行施工会得到更大的经济效益。装配式混凝土建筑具有提高质量、缩短工期、节约能源、减少消耗、清洁生产等优点。另外，现浇混凝土施工整体流程基本为单线，而装配式建筑建设流程更全面、更精细、更综合，增加了技术策划、工厂生产、一体化装修等过程。但装配式结构的总体刚度与现浇混凝土结构相比会有所降低，装配节点处整体性能相对较差，是整个结构最薄弱部位之一，所以宜选用力学性能更为优秀的组合结构作为体系的梁柱构件并应用合理的方式进行节点连接，使二者共同工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点及施工工艺，在地震荷载作用下不会产生过大的位移，节点处整体性强，梁和柱连接紧密，能够很好地传递内力。预制钢管混凝土柱与预应力组合梁结构体系，在大跨度结构、重载结构中有着广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，所述预制钢管混凝土柱与预应力组合梁的连接节点有两种连接方式，分别是牛腿连接及环向钢板连接；

当采用牛腿连接方式时，预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点包括牛腿，当牛腿位于边节点处时，牛腿一端延伸至柱钢管内部，且两者通过混凝土连接为一体，牛腿位于柱钢管外侧部分顶部通过螺栓连接有预应力组合梁；当牛腿位于中间节点处时，牛腿穿过柱钢管上的孔，且两端延伸至柱钢管外侧，延伸至柱钢管外侧部分顶部通过螺栓连接有预应力组合梁；

当采用环向钢板连接时，预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点包括柱钢管，柱钢管外侧套装有环向钢板，且环向钢板与柱钢管之间通过螺栓连接，且在柱钢管管内浇注混凝土，环向钢板的外伸板通过螺栓连接预应力组合梁。

所述牛腿包括混凝土层以及封装于混凝土层内的钢筋骨架和预埋螺栓。

所述环向钢板分为整体式和分体式，当为整体式时，环形钢板包括一端带有开口的环状体，且环状体的形状与钢管混凝土柱外形一致，在所述环状体的开口处设置有平行布置的外伸板，在所述外伸板上钻有螺栓孔；当为分体式时，环状钢板由两个带有外伸板的半环体组成，所述半环体开口端分别设置有外伸板，在所述外伸板上钻有螺栓孔。

当采用牛腿连接时，所述预应力组合梁包括型钢梁，所述型钢梁的一侧翼缘板端部开设有与牛腿预埋螺栓对应的螺栓孔，另一侧翼缘板上布置有混凝土板，混凝土板内设置有预应力筋；当采用环向钢板连接时，所述预应力组合梁包括型钢梁，所述型钢梁的腹板端部开设有与环向钢板螺栓孔对应的螺栓孔，在一侧所述翼缘板上布置有混凝土板，混凝土板内设置有预应力筋。

平行设置的所述外伸板之间的间距与型钢梁的腹板厚度相同。

一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

采用牛腿连接

步骤1，组件制作

(1)制作预制牛腿

按照设计要求制作牛腿，在牛腿内部按设计要求架设由锚固钢筋、主筋、锚固箍筋和封闭箍筋组成的钢筋骨架，而后按设计要求预埋螺栓，整体浇筑混凝土将锚固钢筋、主筋、锚固箍筋和封闭箍筋及部分螺栓进行封装；

(2)制作预制钢管混凝土柱

按设计要求选择柱钢管，在柱钢管上安装制作好的预制牛腿，预制牛腿一部分位于柱钢管内侧，一部分位于柱钢管外侧，在柱钢管内浇注混凝土，制作带有预制牛腿的钢管混凝土柱；

(3)制作预制预应力组合梁

在型钢梁上支模，布置预应力筋，浇注混凝土封装预应力筋形成带有混凝土板的预应力组合梁；在型钢梁下翼缘板上钻螺栓孔，位置与牛腿上的螺栓对应；

步骤2，组件安装

(1)安装并固定带有牛腿的预制钢管混凝土柱；

(2)将预制的预应力组合梁吊装架立在牛腿上，使牛腿上的螺栓穿过型钢梁上的螺栓孔；拧紧螺栓，完成装配。

一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

采用环向钢板连接

步骤1，组件制作

(1)制作钢管混凝土预制柱

按设计要求选择柱钢管；在柱钢管上布置螺栓，在柱钢管内浇筑混凝土形成钢管混凝土柱；

(2)制作环向钢板

在环向钢板上钻贯穿螺栓孔；

(3)制作预制预应力组合梁

在型钢梁上支模，布置预应力筋，浇注混凝土封装预应力筋形成带有混凝土板的预应力组合梁；在型钢梁腹板上钻螺栓孔，位置与环向钢板外伸板上的螺栓孔对应；

步骤2，组件安装

(1)安装并固定预制钢管混凝土柱；

(2)在预制的钢管混凝土柱外部套装环向钢板；同时钢管混凝土柱上的螺栓穿过环向钢板的螺栓孔，拧紧螺帽固定环向钢板；而后将环向钢板的环状体部分与钢管混凝土柱焊接；

(3)将预应力组合梁插入到环向钢板的外伸板上，使型钢梁上的螺栓孔与外伸板上的螺栓孔对应重合；利用螺栓穿过螺栓孔，拧紧螺帽，完成装配。

本发明的技术效果为：

综合考虑钢管混凝土柱、预应力组合梁及装配式结构的特点，本发明提出将预制钢管混凝土柱作为承压柱、预应力组合梁作为梁构件，通过可靠的连接件将二者连接成一整体装配式梁柱组合结构，以此提升梁柱组合结构的承载力、刚度、抗震性能与施工进度。同时，本发明提出两种钢管混凝土柱与预应力组合梁的连接方法，即牛腿-组合梁连接、环形钢板-组合梁连接，并给出其相应的施工工艺。采用以上两种方法连接的梁柱结构侧向刚度大，在地震荷载作用下不会产生过大的位移，节点处整体性强，梁和柱连接紧密，能够很好地传递内力。预制钢管混凝土柱与预应力组合梁结构体系，在大跨度结构、重载结构中有着广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于边部主视图；

图2为本发明实施例1预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于边部俯视图；

图3为本发明图1的Ⅰ-Ⅰ向示意图；

图4为本发明图1的Ⅱ-Ⅱ向示意图；

图5为本发明实施例1位于边部的钢管混凝土柱与预应力组合梁拆分示意图；

图6为本发明实施例1混凝土板示意图；

图7为本发明实施例2预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于中部主视图；

图8为本发明实施例2预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于中部俯视图；

图9为本发明图7的Ⅲ-Ⅲ示意图；

图10为本发明实施例2位于中部的钢管混凝土柱与预应力组合梁拆分示意图；

图11为本发明实施例3预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于边部主视图；

图12为本发明实施例3预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于边部俯视图；

图13为本发明实施例3连接横截面图；

图14为本发明实施例3位于边部的钢管混凝土柱与预应力组合梁拆分示意图；

图15为本发明实施例4预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于中部主视图；

图16为本发明实施例4预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点位于中部俯视图；

图17为本发明实施例4位于边部的钢管混凝土柱与预应力组合梁拆分示意图；

图号说明：1钢管混凝土柱；2预应力组合梁；3型钢梁；4混凝土板；5环向钢板；6锚固钢筋；7主筋；8锚固箍筋；9封闭箍筋；10牛腿；11柱钢管；12混凝土；13高强螺栓；14螺栓孔；15预应力筋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1至图6所示，一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，所述预制钢管混凝土柱1与预应力组合梁2的连接节点采用牛腿10连接；且牛腿10位于边节点处。

当采用牛腿10连接方式时，预制钢管混凝土柱1与预应力组合梁2连接节点包括牛腿10，当牛腿10位于边节点处时，牛腿10一端延伸至柱钢管11内部，且两者通过混凝土12连接为一体，牛腿10位于柱钢管11外侧部分顶部通过螺栓连接有预应力组合梁2。

所述牛腿10包括混凝土12以及封装于混凝土12内的钢筋骨架和预埋螺栓，所述钢筋骨架包括主筋7以及与主筋7两端连接的锚固箍筋8，主筋7、锚固箍筋8及封闭箍筋9组成钢筋网，在多个所述主筋7上布置封闭箍筋9，多个钢筋网沿长度方向布置且通过延长度方向布置的锚固钢筋6连为一体。

所述预应力组合梁2包括型钢梁3，所述型钢梁3的一侧翼缘板端部开设有与牛腿10预埋螺栓对应的螺栓孔14，另一侧翼缘板上布置有混凝土板4，混凝土板4内设置有预应力筋15。

一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

采用牛腿10连接

步骤1，组件制作

(1)制作预制牛腿10

按照设计要求制作牛腿10，在牛腿10内部按设计要求架设由锚固钢筋6、主筋7、锚固箍筋8和封闭箍筋9组成的钢筋骨架，而后按设计要求预埋高强螺栓13，整体浇筑混凝土12将锚固钢筋6、主筋7、锚固箍筋8和封闭箍筋9及部分高强螺栓13进行封装；

(2)制作预制钢管混凝土柱1

按设计要求选择柱钢管11，在柱钢管11上安装制作好的预制牛腿10，预制牛腿10一部分位于柱钢管11内侧，一部分位于柱钢管11外侧，且同时保证高强螺栓13朝上摆放，在柱钢管11内浇注混凝土12，制作带有预制牛腿10的钢管混凝土柱1；

(3)制作预制预应力组合梁2

在型钢梁3上支模，布置预应力筋15，浇注混凝土12封装预应力筋形成带有混凝土板4的预应力组合梁2；在型钢梁3下翼缘板上钻螺栓孔14，位置与牛腿10上的高强螺栓13对应；

步骤2，组件安装

(1)安装并固定带有牛腿10的预制钢管混凝土柱1；

(2)将预制的预应力组合梁2吊装架立在牛腿10上，使牛腿10上的高强螺栓13穿过型钢梁3上的螺栓孔14；拧紧螺帽，完成装配。

实施例2

如图7至图10所示，实施例2中牛腿10位于中部节点，当牛腿10位于中间节点处时，牛腿10穿过柱钢管11上的孔，且两端延伸至柱钢管11外侧，延伸至柱钢管11外侧部分顶部通过高强螺栓13连接有预应力组合梁2；其余部分与实施例1相同。

实施例3

如图11至图14所示，一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，所述预制钢管混凝土柱1与预应力组合梁2的连接节点采用环向钢板5连接；环向钢板5位于边部节点处；

当采用环向钢板5连接时，预制钢管混凝土柱1与预应力组合梁2连接节点包括柱钢管11，柱钢管11外侧套装有环向钢板5，且环向钢板5与柱钢管11之间通过高强螺栓13连接，且在柱钢管11管内浇注混凝土12，环向钢板5的外伸板通过高强螺栓13连接预应力组合梁2。

本实施例中，所述环向钢板5分为整体式，环形钢板包括一端带有开口的环状体，且环状体的形状与钢管混凝土柱1外形一致，在所述环状体的开口处设置有平行布置的外伸板；平行设置的所述连接钢板之间的间距与型钢梁3的腹板厚度相同。

当采用环向钢板5连接时，所述预应力组合梁2包括型钢梁3，所述型钢梁3的腹板端部开设有与环向钢板5螺栓孔14对应的螺栓孔14，在一侧所述翼缘板上布置有混凝土板4，混凝土板4内设置有预应力筋15。

一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点的施工工艺，包括以下步骤：

采用环向钢板5连接

步骤1，组件制作

(1)制作钢管混凝土柱1

按设计要求选择柱钢管11；在柱钢管11上布置高强螺栓13，高强螺栓13的螺帽端位于柱钢管11内侧，螺杆部分延伸至柱钢管11外侧，在柱钢管11内浇筑混凝土12封装高强螺栓13的螺帽部分形成钢管混凝土柱1；

(2)制作环向钢板5

在环向钢板5的外伸板和环状体处钻贯穿螺栓孔14；

(3)制作预制预应力组合梁2

在型钢梁3上支模，布置预应力筋15，浇注混凝土12封装预应力筋形成带有混凝土板4的预应力组合梁2；在型钢梁3腹板上钻螺栓孔14，位置与环向钢板5外伸板上的螺栓孔14对应；

步骤2，组件安装

(1)安装并固定预制钢管混凝土柱1；

(2)在预制的钢管混凝土柱1外部套装环向钢板5，并使钢管混凝土柱1上的高强螺栓13穿过环向钢板5的环状体上的螺栓孔14，用螺帽拧紧固定环向钢板5；将环向钢板5的环状体部分焊接在钢管混凝土柱1上；

(3)将预应力组合梁2的腹板端部插入到环向钢板5的外伸板上，使型钢梁3上的螺栓孔14与外伸板上的螺栓孔14对应重合。利用高强螺栓13穿过螺栓孔14，拧紧螺帽，完成装配。

实施例4

如图15至图17所示，本实施例中，环向钢板5采用分体式且位于中间节点处，环状钢板由两个带有外伸板的半环体组成，所述半环体开口端分别设置有外伸板，半环体的形状与钢管混凝土柱1外形一致。

Claims (7)

1.一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，其特征在于，所述预制钢管混凝土柱与预应力组合梁的连接节点有两种连接方式，分别是牛腿连接及环向钢板连接；

当采用牛腿连接方式时，预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点包括牛腿，当牛腿位于边节点处时，牛腿一端延伸至柱钢管内部，且两者通过混凝土连接为一体，牛腿位于柱钢管外侧部分顶部通过螺栓连接有预应力组合梁；当牛腿位于中间节点处时，牛腿穿过柱钢管上的孔，且两端延伸至柱钢管外侧，延伸至柱钢管外侧部分顶部通过螺栓连接有预应力组合梁；

当采用环向钢板连接时，预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点包括柱钢管，柱钢管外侧套装有环向钢板，且环向钢板与柱钢管之间通过螺栓连接，且在柱钢管管内浇注混凝土，环向钢板的外伸板通过螺栓连接预应力组合梁。

2.根据权利要求1所述的一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，其特征在于：所述牛腿包括混凝土层以及封装于混凝土层内的钢筋骨架和预埋螺栓。

3.根据权利要求1所述的一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，其特征在于：所述环向钢板分为整体式和分体式，当为整体式时，环形钢板包括一端带有开口的环状体，且环状体的形状与钢管混凝土柱外形一致，在所述环状体的开口处设置有平行布置的外伸板，在所述外伸板上钻有螺栓孔；当为分体式时，环状钢板由两个带有外伸板的半环体组成，所述半环体开口端分别设置有外伸板，在所述外伸板上钻有螺栓孔。

4.根据权利要求1所述的一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，其特征在于：当采用牛腿连接时，所述预应力组合梁包括型钢梁，所述型钢梁的一侧翼缘板端部开设有与牛腿预埋螺栓对应的螺栓孔，另一侧翼缘板上布置有混凝土板，混凝土板内设置有预应力筋；当采用环向钢板连接时，所述预应力组合梁包括型钢梁，所述型钢梁的腹板端部开设有与环向钢板螺栓孔对应的螺栓孔，在一侧所述翼缘板上布置有混凝土板，混凝土板内设置有预应力筋。

5.根据权利要求4所述的一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点，其特征在于：平行设置的所述外伸板之间的间距与型钢梁的腹板厚度相同。

6.根据权利要求1所述的一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点的施工工艺，采用牛腿连接方式，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，组件制作

(1)制作预制牛腿

按照设计要求制作牛腿，在牛腿内部按设计要求架设由锚固钢筋、主筋、锚固箍筋和封闭箍筋组成的钢筋骨架，而后按设计要求预埋螺栓，整体浇筑混凝土将锚固钢筋、主筋、锚固箍筋和封闭箍筋及部分螺栓进行封装；

(2)制作预制钢管混凝土柱

按设计要求选择柱钢管，在柱钢管上安装制作好的预制牛腿，预制牛腿一部分位于柱钢管内侧，一部分位于柱钢管外侧，在柱钢管内浇注混凝土，制作带有预制牛腿的钢管混凝土柱；

(3)制作预制预应力组合梁

在型钢梁上支模，布置预应力筋，浇注混凝土封装预应力筋形成带有混凝土板的预应力组合梁；在型钢梁下翼缘板上钻螺栓孔，位置与牛腿上的螺栓对应；

步骤2，组件安装

(1)安装并固定带有牛腿的预制钢管混凝土柱；

(2)将预制的预应力组合梁吊装架立在牛腿上，使牛腿上的螺栓穿过型钢梁上的螺栓孔；拧紧螺栓，完成装配。

7.根据权利要求1所述的一种预制钢管混凝土柱与预应力组合梁连接节点的施工工艺，采用环向钢板连接方式，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，组件制作

(1)制作钢管混凝土预制柱

按设计要求选择柱钢管；在柱钢管上布置螺栓，在柱钢管内浇筑混凝土形成钢管混凝土柱；

(2)制作环向钢板

在环向钢板上钻贯穿螺栓孔；

(3)制作预制预应力组合梁

在型钢梁上支模，布置预应力筋，浇注混凝土封装预应力筋形成带有混凝土板的预应力组合梁；在型钢梁腹板上钻螺栓孔，位置与环向钢板外伸板上的螺栓孔对应；

步骤2，组件安装

(1)安装并固定预制钢管混凝土柱；

(2)在预制的钢管混凝土柱外部套装环向钢板；同时钢管混凝土柱上的螺栓穿过环向钢板的螺栓孔，拧紧螺帽固定环向钢板；而后将环向钢板的环状体部分与钢管混凝土柱焊接；

(3)将预应力组合梁插入到环向钢板的外伸板上，使型钢梁上的螺栓孔与外伸板上的螺栓孔对应重合；利用螺栓穿过螺栓孔，拧紧螺帽，完成装配。