一種鋼管混凝土柱與外包u形鋼混凝土組合梁連接節(jié)點的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁，尤其是一種鋼管 混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節(jié)點。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼管混凝土柱是指在鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的豎向構(gòu)件，具有承載力高、塑性 和延性好、剛度大、施工方便、耐火性能好等優(yōu)點，近年來受到了工程界的廣泛關(guān)注，在多高 層建筑、橋梁工程中得到越來越多的應(yīng)用。根據(jù)截面形式不同，鋼管混凝土柱可以分為圓鋼 管混凝土柱、矩形鋼管混凝土柱以及多邊形鋼管混凝土柱。外包U形鋼混凝土組合梁是將 鋼板直接焊接或冷彎成帶外翻邊的U形鋼，然后在U形鋼內(nèi)部及其上翼緣上部澆筑混凝土， 并通過抗剪連接件將U形鋼與T形截面混凝土連接在一起共同承擔載荷，具有強度高、穩(wěn)定 性好、延性好、耐火性好、施工便捷等優(yōu)越的性能。因而，由鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝 土組合梁形成的結(jié)構(gòu)體系具有以下顯著的優(yōu)越性：
[0003] (1)能充分發(fā)揮鋼材、混凝土兩種材料的特性，材料消耗少：外包U形鋼混凝土組 合梁與鋼管混凝土柱承載力高、剛度大，使得構(gòu)件截面大幅度減小，不僅有效增大了空間使 用面積，而且減少了鋼材和混凝土的用量，有效降低了資源的消耗；
[0004] (2)工業(yè)化生產(chǎn)程度高：外包U形鋼與鋼管均可在工廠生產(chǎn)，其機械化、商品化程 度較高，質(zhì)量可靠穩(wěn)定，有利于實現(xiàn)建筑技術(shù)的集成化和產(chǎn)業(yè)化；
[0005] (3)耐火性能增強：外包U形鋼與鋼管內(nèi)填充的混凝土是較好的耐火材料，可吸收 熱量，延長構(gòu)件的升溫時間，增強結(jié)構(gòu)的耐火性能；
[0006] (4)施工能耗低，施工速度快：外包U形鋼與鋼管不僅是受力構(gòu)件，而且均可作為 澆筑混凝土的模板，另外U形鋼外伸的上翼緣可兼做樓板模板的支承，從而減少模板用量、 腳手架搭設(shè)及支模工序，減少現(xiàn)場濕作業(yè)量、噪聲和粉塵，符合綠色生態(tài)文明環(huán)保的建筑施 工要求；
[0007] (5)材料回收利用率較高：該類結(jié)構(gòu)部分材料是鋼材，屬于再生材料，當建筑物壽 命周期結(jié)束時，其結(jié)構(gòu)鋼材可被回收利用；
[0008] (6)可采用與結(jié)構(gòu)體系配套的輕質(zhì)墻板、復合樓板等新型材料，具有良好的隔音保 溫性能，符合建筑節(jié)能的要求。
[0009] 由此可見，鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁形成的結(jié)構(gòu)體系具有良好的 社會效益和經(jīng)濟效益。特別是隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展、住宅產(chǎn)業(yè)化的推廣，這種綠色 結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用前景將十分廣闊。
[0010] 在結(jié)構(gòu)體系中，節(jié)點對結(jié)構(gòu)來說無疑是最重要的，是結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的傳力樞紐，直接 關(guān)系到結(jié)構(gòu)的工作性能和安全性，合理的節(jié)點形式是開拓新型結(jié)構(gòu)體系的前提。然而，目前 國內(nèi)外還沒有外包U形鋼混凝土組合梁與鋼管混凝土柱形成的結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用實例和相 關(guān)研宄資料，主要是因為可用的節(jié)點形式非常匱乏。因此，隨著對構(gòu)件研宄的不斷深入，研 宄外包U形鋼混凝土組合梁與鋼管混凝土柱連接節(jié)點的合理構(gòu)造形式，是開拓、推動這種 綠色結(jié)構(gòu)體系在工程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，具有重要的理論意義和實用價值。
[0011] 目前，有三種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁的連接節(jié)點形式：（1)在組 合梁底板位置處的鋼管外側(cè)設(shè)置下加強環(huán)板，并與組合梁底板搭接焊，組合梁側(cè)板與鋼管 壁直接焊接，負彎矩鋼筋通過在鋼管壁上打孔連續(xù)貫通節(jié)點區(qū)；（2)在組合梁底板與翼板 負彎矩鋼筋位置處的鋼管外側(cè)設(shè)置上下加強環(huán)板，組合梁底板與下加強環(huán)板搭接焊，負彎 矩鋼筋在節(jié)點區(qū)斷開，并與上加強環(huán)板焊接，組合梁側(cè)板與鋼管壁直接焊接；（3)對于寬扁 梁，在節(jié)點上焊接類似"扁擔"的負彎矩鋼板，在組合梁底板位置處的鋼管外側(cè)設(shè)置外環(huán)板， 組合梁底板與外環(huán)板焊接、上翼緣及側(cè)板采用角焊縫與鋼管壁直接連接。
[0012] 現(xiàn)有的鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節(jié)點的可用形式很少。雖然 鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁的連接可以借鑒上述三種連接節(jié)點的構(gòu)造處理， 但是這三種節(jié)點形式存在以下缺點。
[0013] 1、結(jié)構(gòu)形式（1):負彎矩鋼筋貫通型
[0014] (1)由于組合梁底板與下加強環(huán)板采用搭接焊，在地震載荷作用下，焊縫容易開 裂，無法滿足抗震要求；
[0015] (2)由于負彎矩鋼筋全部貫通節(jié)點區(qū)，鋼管壁上開洞數(shù)量多，因而對鋼管承載力消 弱較大，需要采取相應(yīng)的補強措施，如補焊鋼板、加勁肋、鋼筋等，不僅增加了用鋼量，而且 增大了施工難度；
[0016] (3)由于組合梁側(cè)板與鋼管壁采用焊縫連接，現(xiàn)場焊接工作量大，不僅費力費時， 而且焊縫質(zhì)量難以保證，不利于大型工程使用。
[0017] 2、結(jié)構(gòu)形式（2):負彎矩鋼筋與加強環(huán)板焊接型
[0018] (1)由于組合梁底板與下加強環(huán)板采用搭接焊，在地震載荷作用下，焊縫容易開 裂，無法滿足抗震要求；
[0019] (2)由于負彎矩鋼筋焊接在上加強環(huán)板上，以實現(xiàn)鋼筋傳遞彎矩，所以這種焊接的 質(zhì)量要求很高。但是鋼筋的焊接通常為現(xiàn)場焊，不僅焊接質(zhì)量難以保證，而且由于鋼筋的重 力作用，焊接操作困難。另外，組合梁側(cè)板與鋼管壁也采用焊縫連接，進一步增加了現(xiàn)場的 焊接工作量。這種需大量焊接操作的節(jié)點結(jié)構(gòu)費力費時，導致施工周期長，不利于大型工程 使用。
[0020] 3、結(jié)構(gòu)形式（3):負彎矩鋼板型
[0021] (1)由于節(jié)點中的負彎矩鋼筋由類似"扁擔"的負彎矩鋼板代替，而負彎矩鋼板需 焊接在U形鋼的外伸上翼緣及鋼柱側(cè)壁上，因此，該類型節(jié)點只適用于寬扁梁，無法適用于 普通尺寸的外包U形鋼混凝土組合梁，適用范圍非常有限。另外，負彎矩鋼板需焊接在組合 梁和鋼管上，進一步增加了現(xiàn)場的焊接工作量；
[0022] (2)由于組合梁側(cè)板與鋼管壁采用焊縫連接，現(xiàn)場焊接工作量大，不僅費力費時， 而且焊縫質(zhì)量難以保證，不利于大型工程使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種鋼管混 凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節(jié)點，該節(jié)點解決了因U形鋼底板與鋼管連接處的 連接板外伸，導致室內(nèi)角部有凸角而影響美觀的問題，節(jié)約了材料，避免了鋼管側(cè)壁開孔對 其承載力的削弱，并能有效傳遞載荷，減少現(xiàn)場焊接工作量。
[0024] 本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的：該鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合 梁連接節(jié)點包括內(nèi)隔板和水平加勁板，所述內(nèi)隔板和水平加勁板上分別設(shè)置有澆筑孔和透 氣孔，所述內(nèi)隔板位于鋼管內(nèi)與U形鋼底板位置對應(yīng)處，且內(nèi)隔板的周邊與鋼管內(nèi)壁焊接； 所述鋼管中沿組合梁長度方向的相對兩端分別對應(yīng)設(shè)置有可與負彎矩鋼筋端部活動連接 的套筒，所述套筒與鋼管的外壁焊接，所述水平加勁板位于鋼管內(nèi)腔與套筒位置對應(yīng)處并 與鋼管內(nèi)壁焊接固定。
[0025] 上述套筒的中心線與負彎矩鋼筋的中心線重合。
[0026] 上述套筒與負彎矩鋼筋端部的活動連接為螺紋連接。
[0027] 上述U形鋼的兩側(cè)板通過高強螺栓連接有連接板，所述連接板通過焊接方式與鋼 管混凝土柱中的鋼管外壁連接。
[0028] 上述連接板與鋼管混凝土柱中的鋼管外壁的焊接方式為角焊。
[0029] 上述內(nèi)隔板的四個邊中，相鄰的三個邊與鋼管內(nèi)壁采用帶剖口的對接焊縫連接， 剩余一個邊與鋼管內(nèi)壁采用熔化咀電渣焊連接。
[0030] 上述U形鋼底板與鋼管外壁采用對接焊縫連接。
[0031] 上述套筒與鋼管外壁采用的焊接方式為部分焊透與角接組合焊縫連接。
[0032] 上述鋼管的橫截面為矩形、圓形或多邊形。
[0033] 本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，該鋼管混凝土柱與外包U形鋼 混凝土組合梁連接節(jié)點中，為了節(jié)約材料，解決因組合梁底板與鋼管連接處的連接板外伸， 導致室內(nèi)角部有凸角而影響美觀的問題，在鋼管內(nèi)與U形鋼底板位置對應(yīng)處設(shè)置內(nèi)隔板， 內(nèi)隔板的周邊與鋼管內(nèi)壁焊接。此外，所述鋼管中沿組合梁長度方向的相對兩端分別對應(yīng) 設(shè)置有可與負彎矩鋼筋端部活動連接的套筒，所述套筒與鋼管的外壁焊接，該焊接工作在 工廠完成，從而減少了現(xiàn)場焊接工作量。這種結(jié)構(gòu)形式可以降低因在鋼管側(cè)壁上開孔造成 對鋼管承載力的削弱，同時又減少焊接工作量、便于施工與實現(xiàn)裝配化。為了進一步減少現(xiàn) 場焊接工作量，U形鋼側(cè)板與鋼管壁通過連接板采用高強螺栓連接，連接板通過角焊縫與鋼 管壁連接，焊接在工廠內(nèi)完成。為了有效傳遞載荷，在鋼管內(nèi)腔與套筒位置對應(yīng)處固定焊接 有水平加勁板。由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步， 其實施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖2為圖1中A-A剖面圖。
[0036] 圖3為圖1中B-B剖面圖。
[0037] 圖4為圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖5為圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖6為本發(fā)明【具體實施方式】的立體局部剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖7為內(nèi)隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖8為水平加勁板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖9為澆筑混凝土后節(jié)點的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖10為澆筑混凝土后節(jié)點的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖11為試件A-1的滯回曲線。