一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置及方法，該連接裝置包括預(yù)應(yīng)力拉桿副、組合節(jié)點(diǎn)板及預(yù)埋套管，其中所述預(yù)應(yīng)力拉桿副由兩頭分別設(shè)置有螺紋的上下兩段鋼拉桿通過(guò)正反扣套筒連接成為一體；預(yù)應(yīng)力拉桿副的下段鋼拉桿穿過(guò)預(yù)先埋置于混凝土基礎(chǔ)受拉側(cè)的預(yù)埋套管與螺帽相連接；預(yù)應(yīng)力拉桿副的上段鋼拉桿穿過(guò)預(yù)先焊接在鋼柱受拉側(cè)的組合節(jié)點(diǎn)板開設(shè)的孔與螺帽相連接；預(yù)應(yīng)力拉桿副的上下兩段鋼拉桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)正反扣套筒對(duì)鋼拉桿施加預(yù)應(yīng)力。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)鋼柱柱腳免于受拉，從而節(jié)省地腳錨栓用量，提高鋼柱柱腳的連接剛度。
【專利說(shuō)明】一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，是涉及一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接 裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展日益成為各行各業(yè)的一票否決指標(biāo)，鋼結(jié)構(gòu)由于其可 回收、制造安裝無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被建設(shè)部作為關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)推廣應(yīng)用于建筑工程。世界范圍 內(nèi)看，鋼結(jié)構(gòu)成為各類建筑的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]鋼結(jié)構(gòu)的重要優(yōu)勢(shì)在于制造安裝快速，其鋼柱與基礎(chǔ)的連接，同上部結(jié)構(gòu)一樣，采 用“螺栓”的安裝方法，從而利于快速。目前，鋼結(jié)構(gòu)柱腳典型的安裝構(gòu)造如圖1、圖2所示。 圖1顯示，左側(cè)有限數(shù)量的地腳錨栓需要抵抗數(shù)值很大的拉力，這個(gè)拉力主要來(lái)自于柱腳 彎矩。依靠有限數(shù)量的地腳錨栓抵抗拉力，至少產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題:1)地腳錨栓的直徑通常很 粗，非常難以抵抗拉力，甚至于需要密布地腳錨栓，而不得不增大柱腳面積，耗費(fèi)很多材料， 更有潛在威脅的是，任何一根地腳錨栓出現(xiàn)問(wèn)題，都將產(chǎn)生致命破壞，即柱腳的安全冗余度 成為鋼結(jié)構(gòu)體系的薄弱環(huán)節(jié)。2)既然地腳錨栓受拉，就要伸長(zhǎng)變形，柱腳底板就有脫離基礎(chǔ) 的趨勢(shì)，造成鋼柱與基礎(chǔ)實(shí)際形成不了固定連接，而是彈簧連接?？墒窃O(shè)計(jì)時(shí)卻按照固定連 接進(jìn)行內(nèi)力和變形分析，造成了整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系存在安全隱患。
[0004]上述因?yàn)槁菟ㄊ芾斐傻倪B接剛度弱化，不僅僅存在于柱腳，同樣存在于上部的 梁柱連接中，如圖3所示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)連接技術(shù)存在的不足，為節(jié)省連接材 料，提高連接剛度，提供一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置及方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置，包括預(yù)應(yīng)力拉桿副1、組合節(jié)點(diǎn)板2及預(yù)埋套管 3，其中所述預(yù)應(yīng)力拉桿副I由兩頭分別設(shè)置有螺紋的上下兩段鋼拉桿11通過(guò)正反扣套筒 12連接成為一體；預(yù)應(yīng)力拉桿副I的下段鋼拉桿11穿過(guò)預(yù)先埋置于混凝土基礎(chǔ)6受拉側(cè) 的預(yù)埋套管3與螺帽13相連接；預(yù)應(yīng)力拉桿副I的上段鋼拉桿11穿過(guò)預(yù)先焊接在鋼柱受 拉側(cè)的組合節(jié)點(diǎn)板2開設(shè)的孔與螺帽13相連接；預(yù)應(yīng)力拉桿副I的上下兩段鋼拉桿11通 過(guò)旋轉(zhuǎn)正反扣套筒12對(duì)鋼拉桿11施加預(yù)應(yīng)力。
[0008]上所述的組合節(jié)點(diǎn)板2由三塊鋼板組成，其中為直角三角形的兩塊鋼板的直角邊 與為矩形的一塊鋼板成“ n ”形連接成整體。
[0009]上所述的預(yù)埋套管3由鋼管31和墩頭鋼板32成倒“T”字形連接組成，其中墩頭 鋼板32開有與鋼管31同軸線的中心孔，且孔徑大于鋼拉桿11的直徑。
[0010]上所述的鋼拉桿11的材質(zhì)為高強(qiáng)度圓鋼。
[0011]上所述的對(duì)鋼拉桿11施加預(yù)應(yīng)力的值P，按如下公式設(shè)計(jì):r n 6M -N-h n 6M + N-h
[0012]-；——<P<-
h + he6e - h
[0013]上式中，M為柱腳彎矩，N為柱腳軸力，h為柱腳底板5的長(zhǎng)度，e為鋼拉桿11至柱 腳中心線的距離。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的另一技術(shù)方案是:
[0015]一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置，連接步驟如下:
[0016]1、按設(shè)計(jì)圖紙要求在工廠預(yù)制所有構(gòu)件，并將組合節(jié)點(diǎn)板2固定連接到鋼柱4的 受拉側(cè)表面上，將鋼管31與墩頭鋼板32上下成倒“T”字形焊接成一體，以及將鋼柱4與柱 腳底板5上下成倒“T”字形焊接成一體成后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)；
[0017]2、現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土基礎(chǔ)6，并將預(yù)應(yīng)力拉桿副I下段的鋼拉桿11的一端穿過(guò)預(yù)埋 套管3，采用螺帽13固定連接后埋置于混凝土基礎(chǔ)6的受拉一側(cè)的混凝土中，鋼拉桿11的 另一端伸出預(yù)埋套管3且連同預(yù)埋套管3伸出混凝土基礎(chǔ)6的上表面；
[0018]3、安裝鋼柱4，將伸出預(yù)埋套管3的鋼拉桿11穿過(guò)柱腳底板5開設(shè)的孔，使得預(yù)埋 套管3的頂端面緊貼柱腳底板5的底面；
[0019]4、安裝預(yù)應(yīng)力拉桿副I的上段，先將正反扣套筒12通過(guò)螺紋孔連接到下段鋼拉桿 11上，再將上段鋼拉桿11穿過(guò)組合節(jié)點(diǎn)板2開設(shè)的孔通過(guò)螺帽13固定其頂端，其底端則旋 轉(zhuǎn)連接到正反扣套筒12中，最后按照預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值，旋轉(zhuǎn)正反扣套筒12對(duì)鋼拉桿11施加 預(yù)應(yīng)力；
[0020]5、在柱腳底板5的底面與混凝土基礎(chǔ)6的上表面之間澆注調(diào)節(jié)標(biāo)高的細(xì)石混凝土 7，完成安裝。
[0021]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0022]1.節(jié)省地腳錨栓用量，提高安全冗余度?，F(xiàn)有柱腳連接依賴有限數(shù)量的地腳錨栓 承擔(dān)數(shù)值很大的拉力，每根地腳錨栓都長(zhǎng)期處于高應(yīng)力狀態(tài)，特別是當(dāng)任意一根地腳錨栓 或由于施工質(zhì)量、或由于外界荷載增加，而處于破壞時(shí)，其他地腳錨栓由于陡然增加的拉力 分量而很容易隨之破壞，形成“多米諾骨牌”效應(yīng)。采用本發(fā)明，基本可以消除柱腳底板的拉 力，地腳錨栓只需按構(gòu)造配置，以作為第二道安全防線。因此本發(fā)明將節(jié)省地腳錨栓用量， 特別是提高了柱腳的安全冗余度。
[0023]2.大大提高了連接剛度?，F(xiàn)有柱腳連接必然是一側(cè)受拉，一側(cè)受壓，而且這種拉、 壓數(shù)值很大。既然地腳錨栓承受很大的拉力，則其必然伸長(zhǎng)變形，因此柱腳底板有脫離基 礎(chǔ)的趨勢(shì)，造成鋼柱與基礎(chǔ)不再是垂直關(guān)系，而是存在一定的轉(zhuǎn)角，反映到整體鋼結(jié)構(gòu)體系 中，柱腳不再是固定連接，而是彈簧連接。而鋼結(jié)構(gòu)體系內(nèi)力和變形分析時(shí)，卻按照柱腳固 定連接計(jì)算，因此造成安全隱患。采用本發(fā)明技術(shù)，則幾乎免除了柱腳受拉狀態(tài)，柱腳底板 與基礎(chǔ)緊密連接，因此真正實(shí)現(xiàn)了鋼柱的固定連接，提高了連接剛度，免除相關(guān)安全隱患。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)柱腳連接圖；
[0025]圖2為圖1的俯視圖；
[0026]圖3為現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接圖；
[0027]圖4為本發(fā)明的鋼結(jié)構(gòu)柱腳連接圖；[0028]圖5為圖4的側(cè)視圖；
[0029]圖6為預(yù)應(yīng)力拉桿副I的構(gòu)造示意圖；
[0030]圖7為預(yù)埋套管3的構(gòu)造示意圖；
[0031]圖8為圖7的俯視圖；
[0032]圖9為本發(fā)明的鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接示意圖；
[0033]圖10為圖9的俯視圖；
[0034]圖中:1—預(yù)應(yīng)力拉桿副；11一鋼拉桿；12_正反扣套筒；13 —螺帽；
[0035]2—組合節(jié)點(diǎn)板；
[0036]3—預(yù)埋套管；31—鋼管；32—墩頭鋼板；
[0037]4一鋼柱；5—柱腳底板；6—基礎(chǔ)；7—細(xì)石混凝土 ；
[0038]8—地腳錨栓；9一鋼梁。
【具體實(shí)施方式】
[0039]實(shí)施例1
[0040]本發(fā)明的一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接構(gòu)件，如圖4、5、6所示，由預(yù)應(yīng)力拉桿副1、 組合節(jié)點(diǎn)板2及預(yù)埋套管3組成。其中所述預(yù)應(yīng)力拉桿副I由兩頭分別設(shè)置有螺紋的上下 兩段鋼拉桿11通過(guò)正反扣套筒12連接成為一體；預(yù)應(yīng)力拉桿副I的下段鋼拉桿11穿過(guò)預(yù) 先埋置于混凝土基礎(chǔ)6受拉側(cè)的預(yù)埋套管3與螺帽13相連接；預(yù)應(yīng)力拉桿副I的上段鋼拉 桿11穿過(guò)預(yù)先焊接在鋼柱受拉側(cè)的組合節(jié)點(diǎn)板2開設(shè)的孔與螺帽13相連接；預(yù)應(yīng)力拉桿 副I的上下兩段鋼拉桿11通過(guò)旋轉(zhuǎn)正反扣套筒12對(duì)鋼拉桿11施加預(yù)應(yīng)力。
[0041]其中，所述鋼拉桿11采用高強(qiáng)圓鋼。所述組合節(jié)點(diǎn)板2由三塊板組成，其中為直 角三角形的兩塊板的直角邊與為矩形的一塊板成“TI”形連接成整體。
[0042]如圖7、8所示，所述的預(yù)埋套管3由鋼管31和墩頭鋼板32成倒“T”字形焊接連 接組成，其中墩頭鋼板32開有與鋼管31同軸線的中心孔，且孔徑大于鋼拉桿11的直徑。
[0043]所述預(yù)應(yīng)力拉桿副I的下段鋼拉桿11穿過(guò)預(yù)埋套管3，采用螺帽13固定底端，并 預(yù)先埋置于混凝土基礎(chǔ)6的受拉側(cè)，預(yù)埋套管3頂端標(biāo)高至柱腳底板5的底面，下段鋼拉桿 11還繼續(xù)穿過(guò)柱腳底板5開設(shè)的孔，并露出200_ ;預(yù)應(yīng)力拉桿副I的上段鋼拉桿11穿過(guò) 預(yù)先焊接在鋼柱4受拉側(cè)的組合節(jié)點(diǎn)板2開設(shè)的孔通過(guò)螺帽13固定頂端；預(yù)應(yīng)力拉桿副I 的上下兩段鋼拉桿11通過(guò)正反扣套筒12連接，并旋轉(zhuǎn)正反扣套筒12對(duì)鋼拉桿11施加預(yù) 應(yīng)力。
[0044]鋼拉桿11的預(yù)應(yīng)力按照下式進(jìn)行設(shè)計(jì):
6M -N-h n 6M + N-h
[0045]-<P<-
h + 6e6e-h
[0046]上式中，M為柱腳彎矩，N為柱腳軸力，h為柱腳底板5的長(zhǎng)度，e為鋼拉桿11至柱 腳中心線的距離。
[0047]本發(fā)明的一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接構(gòu)件的連接方法，按如下步驟進(jìn)行:
[0048]1、按設(shè)計(jì)圖紙要求在工廠預(yù)制所有構(gòu)件，并將組合節(jié)點(diǎn)板2固定連接到鋼柱4的 受拉側(cè)表面上，將鋼管31與墩頭鋼板32上下成倒“T”字形焊接成一體，以及將鋼柱4與柱 腳底板5上下成倒“T”字形焊接成一體成后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)；[0049]2、現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土基礎(chǔ)6，并將預(yù)應(yīng)力拉桿副I下段的鋼拉桿11的一端穿過(guò)預(yù)埋 套管3，采用螺帽13固定連接后埋置于混凝土基礎(chǔ)6的受拉一側(cè)的混凝土中，鋼拉桿11的 另一端伸出預(yù)埋套管3且連同預(yù)埋套管3伸出混凝土基礎(chǔ)6的上表面；
[0050]3、安裝鋼柱4，將伸出預(yù)埋套管3的鋼拉桿11穿過(guò)柱腳底板5開設(shè)的孔，使得預(yù)埋 套管3的頂端面緊貼柱腳底板5的底面；
[0051]4、安裝預(yù)應(yīng)力拉桿副I的上段，先將正反扣套筒12通過(guò)螺紋孔連接到下段鋼拉桿 11上，再將上段鋼拉桿11穿過(guò)組合節(jié)點(diǎn)板2開設(shè)的孔通過(guò)螺帽13固定其頂端，其底端則旋 轉(zhuǎn)連接到正反扣套筒12中，最后按照預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值，旋轉(zhuǎn)正反扣套筒12對(duì)鋼拉桿11施加 預(yù)應(yīng)力；
[0052]5、在柱腳底板5的底面與混凝土基礎(chǔ)6的上表面之間澆注調(diào)節(jié)標(biāo)高的細(xì)石混凝土 7，完成安裝。
[0053]實(shí)施例2
[0054]本發(fā)明的一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接構(gòu)件及方法，應(yīng)用于梁柱連接中。
[0055]如圖9、10所示，本發(fā)明的一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接構(gòu)件，應(yīng)用于梁柱連接，由 預(yù)應(yīng)力拉桿副I和組合節(jié)點(diǎn)板2構(gòu)成。
[0056]如圖6所示，預(yù)應(yīng)力拉桿副I由兩頭均設(shè)置有螺紋的兩段鋼拉桿11通過(guò)正反扣套 筒12連接成為一體，鋼拉桿11采用高強(qiáng)圓鋼。
[0057]組合節(jié)點(diǎn)板2由三塊板組成，其中為直角三角形的兩塊板的直角邊與為矩形的一 塊板成“n”形焊接連接成整體。
[0058]組合節(jié)點(diǎn)板2預(yù)先焊接在鋼梁9的受拉翼緣外側(cè)。鋼柱4兩側(cè)翼緣開設(shè)有比鋼拉 桿11直徑大2mm的孔，且該孔與組合節(jié)點(diǎn)板2的孔處于同一水平線。
[0059]現(xiàn)場(chǎng)鋼梁9與鋼柱4按照傳統(tǒng)方法安裝完成后，預(yù)應(yīng)力拉桿副I分別穿過(guò)組合節(jié) 點(diǎn)板2開設(shè)的孔及鋼柱4翼緣開設(shè)的孔，并通過(guò)螺帽13固定，然后旋轉(zhuǎn)正反扣套筒12對(duì)鋼 拉桿11施加預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力值的大小按照實(shí)施例1中的計(jì)算公式確定，即確保最外側(cè)螺栓 不受拉。
[0060]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技 術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，前述實(shí)施例只是為了說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)件特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，而非限定本發(fā)明， 所以根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作的等效變化或變型，都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求書限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置，包括預(yù)應(yīng)力拉桿副(I)、組合節(jié)點(diǎn)板(2)及預(yù)埋套管(3)，其特征在于:所述預(yù)應(yīng)力拉桿副(I)由兩頭分別設(shè)置有螺紋的上下兩段鋼拉桿(11) 通過(guò)正反扣套筒(12 )連接成為一體；所述預(yù)應(yīng)力拉桿副(I)的下段鋼拉桿(11)穿過(guò)預(yù)先埋置于混凝土基礎(chǔ)(6)受拉側(cè)的預(yù)埋套管(3)與螺帽(13)相連接；所述預(yù)應(yīng)力拉桿副(I)的上段鋼拉桿(11)穿過(guò)預(yù)先焊接在鋼柱(4)受拉側(cè)的組合節(jié)點(diǎn)板(2)開設(shè)的孔與螺帽(13) 相連接；預(yù)應(yīng)力拉桿副(I)的上下兩段鋼拉桿(11)通過(guò)旋轉(zhuǎn)正反扣套筒(12 )對(duì)鋼拉桿(11) 施加預(yù)應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置，其特征在于:所述的組合節(jié)點(diǎn)板(2)由三塊鋼板組成，其中為直角三角形的兩塊鋼板的直角邊與為矩形的一塊鋼板成 “n”形連接成整體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置，其特征在于:所述的預(yù)埋套管(3)由鋼管(31)和墩頭鋼板(32)成倒“T”字形連接組成，其中墩頭鋼板(32)開有與鋼管(31)同軸線的中心孔，且孔徑大于鋼拉桿(11)的直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置，其特征在于:所述的鋼拉桿 (11)的材質(zhì)為高強(qiáng)度圓鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置，其特征在于:所述的鋼拉桿(11)施加預(yù)應(yīng)力的值P按如下公式設(shè)計(jì):
6.一種如權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)柱腳免受拉連接裝置的連接方法，其特征在于:連接步驟如下:1)、按設(shè)計(jì)圖紙要求在工廠預(yù)制所有構(gòu)件，并將組合節(jié)點(diǎn)板(2)固定連接到鋼柱(4)的受拉側(cè)表面上，將鋼管(31)與墩頭鋼板(32)上下成倒“T”字形焊接成一體，以及將鋼柱(4) 與柱腳底板(5)上下成倒“T”字形焊接成一體成后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)；2)、現(xiàn)場(chǎng)澆注混凝土基礎(chǔ)(6)，并將預(yù)應(yīng)力拉桿副(I)下段的鋼拉桿(11)的一端穿過(guò)預(yù)埋套管(3)，采用螺帽(13)固定連接后埋置于混凝土基礎(chǔ)(6)的受拉一側(cè)的混凝土中，鋼拉桿(11)的另一端伸出預(yù)埋套管(3)，且連同預(yù)埋套管(3)伸出混凝土基礎(chǔ)(6)的上表面；3)、安裝鋼柱(4)，將伸出預(yù)埋套管(3)的鋼拉桿(11)穿過(guò)柱腳底板(5)開設(shè)的孔，使得預(yù)埋套管(3)的頂端面緊貼柱腳底板(5)的底面；4)、安裝預(yù)應(yīng)力拉桿副(I)的上段，先將正反扣套筒(12)通過(guò)螺紋孔連接到下段鋼拉桿(11)上，再將上段鋼拉桿(11)穿過(guò)組合節(jié)點(diǎn)板(2)開設(shè)的孔通過(guò)螺帽(13)固定其頂端， 其底端則旋轉(zhuǎn)連接到正反扣套筒(12)中，最后按照預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)值，旋轉(zhuǎn)正反扣套筒(12)對(duì)鋼拉桿(11)施加預(yù)應(yīng)力；5)、在柱腳底板(5)的底面與混凝土基礎(chǔ)(6)的上表面之間澆注調(diào)節(jié)標(biāo)高的細(xì)石混凝土(7)，完成安裝。
【文檔編號(hào)】E02D27/42GK103603433SQ201310552230
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】唐柏鑒, 楊思琦 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)