一种端板连接整体式组合框架梁及其组合方法

摘要

本发明涉及一种端板连接整体式组合框架梁及其组合方法，包括横向设置的钢梁，钢梁的两端分别将一竖向的端板与一竖向设置的钢柱固定连接，钢梁的端部与端板焊接，端板经若干个沿竖向间隔设置的螺栓与钢柱连接；端板上端焊接有一个以上的U形钢筋连接件；钢梁上方铺设有若干根横向的钢筋，两相邻钢筋的两端各自焊接成一π形钢筋组件，π形钢筋组件分别经U形钢筋连接件与端板搭接；钢梁两端的π形钢筋组件在钢梁中部通过钢筋套筒进行对接；钢梁上还铺设有一混凝土板，钢筋均埋入所述混凝土板内。本发明的有益效果在于：改变了钢筋的端部构造，使钢筋与端板间建立有效的连接；可以充分利用了钢和混凝土的组合效应、节约材料。

说明书

技术领域

本发明涉及土木建筑技术领域，尤其是一种端板连接整体式组合框架梁及其组合方法。

背景技术

钢-混凝土组合梁通过在钢梁和混凝土板之间设置剪力连接件（栓钉、槽钢、弯筋等），抵抗两者在交界面处的掀起及相对滑移，使之成为一个整体而共同工作，从而充分发挥两种材料各自的优势，形成强度高、刚度大、延性好的结构形式。然而，在依照我国《建筑抗震设计规范》、《高层民用建筑钢结构技术规程》、《钢结构设计规范》等设计规范对组合框架进行设计的过程中，设计人员一般只对非框架(即次梁)按照组合梁进行设计；而对于框架梁(即主梁)，在弹塑性阶段则是按照纯钢梁进行设计。这是由于框架梁两端存在负弯矩区，而负弯矩区在柱宽范围内的板中钢筋无法保证传力的连续性（板中钢筋无法贯通，且不能焊接在钢柱翼缘板上），因此在弹性设计中可考虑组合作用，但在进入塑性后则只考虑纯钢梁部分，忽略混凝土板的组合效应。从框架梁的受力特点来看，框架梁正弯矩区由于钢梁和楼板混凝土的组合作用，截面的抗弯刚度及抗弯能力均较大；而在框架梁负弯矩区，由于不考虑楼板的组合作用，其截面抗弯能力和刚度明显小于跨中正弯矩区截面。因此，在进行梁截面设计时，往往由梁端负弯矩起控制作用，这种情况下，设计人员将不得不选用较大截面尺寸的钢梁以满足框架梁在负弯矩区的抗弯承载力要求。显然，增大截面的做法将导致材料的严重浪费，与此同时，钢材用量的增加会增大结构的层间质量，从而使地震响应增大。此外，按纯钢梁进行设计，楼板及板内钢筋对框架梁刚度和承载力的贡献被忽略，极易形成强梁弱柱结构体系，对结构抗震非常不利。

综上所述，在组合框架中将框架梁简化成纯钢梁进行设计是由目前传统的梁、板、柱连接方式所决定的，该设计方法存在材料浪费、不安全等弊端。为了使框架梁能充分发挥组合作用，实现计算模型与实际模型的一致性，本发明提出了一种端板连接整体式组合框架梁及其相应的梁柱连接节点。

发明内容

为了解决框架梁不能作为组合梁进行设计的问题，本发明提供了一种端板连接整体式组合框架梁及其组合方法，改变了钢筋的端部构造，使钢筋与端板间建立有效的连接。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种端板连接整体式组合框架梁，包括一横向设置的钢梁，所述钢梁的两端分别将一竖向的端板与一竖向设置的钢柱固定连接，所述钢梁的端部与所述端板焊接，所述端板经若干个沿竖向间隔设置的摩擦型高强度螺栓与钢柱连接；所述端板上端焊接有一个以上的U形钢筋连接件；所述钢梁上方铺设有若干根横向的钢筋，两相邻钢筋的两端各自焊接成一π形钢筋组件，所述π形钢筋组件分别经U形钢筋连接件与所述端板搭接；钢梁两端的π形钢筋组件在钢梁中部通过钢筋套筒进行对接；所述钢梁上还铺设有一混凝土板，所述钢筋均埋入所述混凝土板内。

进一步的，所述U形钢筋连接件为非对称U形，由一相对设置的长边板、短边板以及连接长边板和短边板的连接板组成，所述长边板与短边板的长度差值大于所述钢筋的直径。

进一步的，每个U形钢筋连接件短边板和长边板上下设置于所述端板上，并且所述长边板与所述端板焊接。

进一步的，所述钢梁上翼缘板表面沿横向间隔焊有若干栓钉，所述栓钉均埋入所述混凝土板内。

进一步的，所述端板与所述钢梁的端部采用坡口全熔透焊缝焊接。

进一步的，所述钢柱内对应所述钢梁的上翼缘板和下翼缘板端部还分别设有一水平加劲肋，所述水平加劲肋的厚度分别与钢梁上翼缘板和下翼缘板的厚度相等，并且所述水平加劲肋的中心线分别与钢梁上翼缘板和下翼缘板的中心线重合。

进一步的，所述水平加劲肋与钢柱的翼缘板和腹板之间采用坡口全熔透焊缝焊接。

进一步的，所述钢梁为工字形钢或者H形钢。

本发明还提供一种如上述所述的端板连接整体式组合框架梁的组合方法，包括以下步骤：

步骤S1：首先在钢柱上确定钢梁上翼缘板和下翼缘板的连接位置，并在钢柱内对应位置处设置水平加劲肋；

步骤S2：所述水平加劲肋与钢柱的翼缘板和腹板之间采用坡口全熔透焊缝焊接，水平加劲肋的中心线分别与钢梁上翼缘板和下翼缘板的中心线对准；

步骤S3：将若干个U形钢筋连接件焊接至端板上端；

步骤S4：采用坡口全熔透焊缝将钢梁和端板进行焊接，并在钢梁上翼缘板表面焊接栓钉；

步骤S5: 通过摩擦型高强度螺栓将端板与钢柱进行可拆卸连接；

步骤S6：将两相邻钢筋的端部分别通过焊接成π形，使其形成若干组π形钢筋组件；

步骤S7：将若干组π形钢筋组件分别通过U形钢筋连接件与端板搭接，钢梁两端的π形钢筋组件在钢梁中部通过钢筋套筒进行对接；

步骤S8：在钢梁上浇筑混凝土，在钢梁上方形成混凝土板，将钢筋和栓钉均埋入所述混凝土板中。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：本发明的组合框架梁改变了钢筋的端部构造，使钢筋与端板间建立有效的连接，从而可以将框架梁在受力全过程（包括梁进入塑性阶段）都作为组合梁进行设计。因此，该组合框架梁可以充分利用钢和混凝土的组合效应、节约材料，而且使框架梁的设计模式与实际工作模式相一致，更加安全可靠。同时由于钢筋和端板间通过钢筋连接件进行连接，避免钢筋与钢柱直接焊接对钢柱翼缘产生的系列不良影响，如导致翼缘局部屈曲、高焊接残余应力等。此外，该组合框架梁还具有施工便利，方便修复等优点。

从方便施工和保证施工质量的角度考虑，该组合框架梁的钢梁、端板、栓钉、U形钢筋连接件可预先在工厂进行焊接，形成一个钢梁组件；π形钢筋组件也宜在工厂预制。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3是图1的I-I剖视图。

图4为图3中B处的局部放大图。

图5是图1的II-II剖视图。

图6为图5中C处的局部放大图。

图7是图1的三维结构示意图。

图中：1-钢柱，2- 钢梁，3-端板，4-混凝土板，5-钢筋，6-栓钉，7-水平加劲肋，8-摩擦型高强度螺栓，9-钢筋套筒，10-U形钢筋连接件；100-长边板；101-短边板；102-连接板。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1-7所示，本发明实施例提供一种端板3连接整体式组合框架梁，包括一横向设置的钢梁2，所述钢梁2的两端分别将一竖向的端板3与一竖向设置的钢柱1固定连接，所述钢梁2的端部与所述端板3焊接，所述端板3经若干个沿竖向间隔设置的摩擦型高强度螺栓8与钢柱1连接；所述端板3上端焊接有一个以上的U形钢筋连接件10；所述钢梁2上方铺设有若干根横向的钢筋5，两相邻钢筋5的两端各自焊接成一π形钢筋5组件，所述π形钢筋5组件分别经U形钢筋连接件10与所述端板3搭接；钢梁2两端的π形钢筋5组件在钢梁2中部通过钢筋套筒9进行对接；所述钢梁2上还铺设有一混凝土板4，所述钢筋5均埋入所述混凝土板4内。

从上述可知，本发明的有益效果在于：该组合框架梁可以充分利用钢和混凝土的组合效应、节约材料，而且使框架梁的设计模式与实际工作模式相一致，更加安全可靠。同时由于钢筋5和端板3间通过钢筋5连接件进行连接，避免钢筋5与钢柱1直接焊接对钢柱1翼缘产生的系列不良影响，如导致翼缘局部屈曲、高焊接残余应力等。

进一步的，所述U形钢筋连接件10为非对称U形，由一相对设置的长边板100、短边板101以及连接长边板100和短边板101的连接板102组成，所述长边板100与短边板101的长度差值大于所述钢筋5的直径。

进一步的，每个U形钢筋连接件10短边板101和长边板100上下设置于所述端板3上，并且所述长边板100与所述端板3焊接。如图1所示，通过将π形钢筋5组件经短边板伸入至U型钢筋5连接件内，放置于所述长边板上100，方便搭接。

进一步的，所述钢梁2上翼缘板表面沿横向间隔焊有若干栓钉6，所述栓钉6均埋入所述混凝土板4内。

进一步的，所述端板3与所述钢梁2的端部采用坡口全熔透焊缝焊接。可以提高框架梁整体的可靠性。

进一步的，所述钢柱1内对应所述钢梁2的上翼缘板和下翼缘板端部还分别设有一水平加劲肋7，所述水平加劲肋7的厚度分别与钢梁2上翼缘板和下翼缘板的厚度相等，并且所述水平加劲肋7的中心线分别与钢梁上翼缘板和下翼缘板的中心线重合。

进一步的，所述水平加劲肋7与钢柱1的翼缘板和腹板之间采用坡口全熔透焊缝焊接。

进一步的，所述钢梁2为工字形钢或者H形钢。所述钢柱也可以为其他截面形钢。

本发明还提供一种如上述所述的端板3连接整体式组合框架梁的组合方法，包括以下步骤：

步骤S1：首先在钢柱1上确定钢梁2上翼缘板和下翼缘板的连接位置，并在钢柱1内对应位置处设置水平加劲肋7；

步骤S2：所述水平加劲肋7与钢柱1的翼缘板和腹板之间采用坡口全熔透焊缝焊接，水平加劲肋7的中心线分别与钢梁2上翼缘板和下翼缘板的中心线对准；

步骤S3：将若干个U形钢筋连接件10焊接至端板3上端；

步骤S4：采用坡口全熔透焊缝将钢梁2和端板3进行焊接，并在钢梁2上翼缘板表面焊接栓钉6；

步骤S5: 通过摩擦型高强度螺栓8将端板3与钢柱1进行可拆卸连接；

步骤S6：将两相邻钢筋5的端部分别通过焊接成π形，使其形成若干组π形钢筋5组件；

步骤S7：将若干组π形钢筋5组件分别通过U形钢筋连接件10与端板3搭接，钢梁2两端的π形钢筋5组件在钢梁2中部通过钢筋套筒9进行对接；

步骤S8：在钢梁2上浇筑混凝土，形成混凝土板4，将钢筋5和栓钉6均埋入所述混凝土板4中。

综上所述，本发明提供的一种端板连接整体式组合框架梁及其组合方法，结构稳定，安全可靠，而且易于组合，方便实施，应用前景广。

本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。