三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构

摘要

本发明公开了一种三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构。它包括混凝土柱、桁架弦杆、桁架腹杆和抱箍式节点；混凝土柱与抱箍式节点连接，桁架弦杆、桁架腹杆分别连接在抱箍式节点侧端；抱箍式节点包括柱包钢、支撑柱、柱底板、地脚锚栓和外环板；外环板设置在柱包钢外壁上；桁架弦杆接头设置在外环板上；桁架腹杆接头设置在外环板与柱包钢之间；柱包钢为箱体结构；柱包钢包括栓钉、加劲板和箱体；栓钉和加劲板均设置在箱体上；箱体包裹在混凝土柱外周；箱体侧端通过桁架弦杆接头与桁架弦杆连接；箱体侧端通过桁架腹杆接头与桁架腹杆连接。本发明具有实现钢梁与混凝土柱的有效连接，并方便自身安装，降低施工难度的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构。

背景技术

现有房屋建设工程中，经常使用异形大型钢梁(即大跨度钢梁)及混凝土柱，大跨度钢梁与混凝土柱连接节点复杂、施工难度大，是房屋建设工程中加工安装重点、难点。现有技术中，异形大跨度钢梁与混凝土柱的连接处连接抗剪能力不足，易开裂，且施工难度大。因此，开发一种抗剪能力强、受力合理、降低施工难度的异形大型钢梁连接混凝土柱连接结构很有必要。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构，抗剪能力强、受力合理，通过柱包钢转换节点及支撑柱实现钢梁与混凝土柱的有效连接，并方便自身安装，降低施工难度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构，其特征在于：包括混凝土柱、桁架弦杆、桁架腹杆和抱箍式节点；

混凝土柱与抱箍式节点连接，桁架弦杆、桁架腹杆分别连接在抱箍式节点侧端；

抱箍式节点包括柱包钢、支撑柱、柱底板、地脚锚栓和外环板；

支撑柱、柱底板、地脚锚栓均位于混凝土柱内；

柱包钢通过支撑柱、柱底板、地脚锚栓与混凝土柱连接；

支撑柱一端与柱包钢连接、另一端与柱底板连接，柱底板上设置地脚锚栓；

外环板设置在柱包钢外壁上；

桁架弦杆接头设置在外环板上；桁架腹杆接头设置在外环板与柱包钢之间；

柱包钢为箱体结构；柱包钢包括栓钉、加劲板和箱体；栓钉和加劲板均设置在箱体上；

箱体包裹在混凝土柱外周；

箱体侧端通过桁架弦杆接头与桁架弦杆连接；

箱体侧端通过桁架腹杆接头与桁架腹杆连接。

在上述技术方案中，箱体呈上、下端开口的中空结构；加劲板设置在箱体内部；

支撑柱一端从箱体下端伸入、与加劲板连接，另一端通过地脚锚栓与混凝土柱连接。

在上述技术方案中，外环板有多个；多个外环板平行间隔设置在箱体外周；

桁架弦杆接头设置在多个外环板之间；

桁架腹杆接头一端连接在箱体侧壁下部、另一端连接在位于下层的外环板下端；

桁架腹杆接头位于桁架弦杆接头下方。

在上述技术方案中，多个外环板之间设置加强板；

桁架腹杆接头上设置加强板；

栓钉连接在箱体与混凝土柱上。

在上述技术方案中，连接板设置在多个外环板之间。

在上述技术方案中，次梁连接在多个外环板之间，次梁与外环板的连接处设置连接板；

桁架弦杆接头与外环板的连接处设置连接板。

本发明具有如下优点：

本发明提供了一种三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构，通过柱包钢转换节点及支撑柱实现钢梁与混凝土柱的有效连接，并方便自身安装，细化节点详图，降低了施工难度，提高施工效率；通过各组件的结合，能有效提高异形大跨度钢梁与混凝土柱的连接处连接抗剪承载力及抗震性能，使受力更合理。

附图说明

图1为本发明中的抱箍式节点的主视图。

图2为本发明中的抱箍式节点的侧视图。

图3为本发明中的抱箍式节点的俯视图。

图4为本发明中的抱箍式节点的立体图。

图5为图4的剖视图。

图6为本发明的主视图。

图7为本发明的侧视图。

图8为本发明的俯视图。

图9为本发明的立体图。

图10为图9的剖视图。

图11为本发明整体验算的计算简图。

图12为图11中的节点编号图一。

图13为图11中的节点编号图二。

图14为本发明整体验算的杆件应力比分布图。

图15为本发明中的焊接箱形截面示意图。

图16为本发明中的轧制H型钢截面示意图。

图17本发明中的热轧无缝钢管与电焊钢管截面示意图。

图4中，L表示腹杆连接板。

图11和图12中，圆表示支座；数字为单元号。

图12中，单元号33表示本发明中的抱箍式节点。

图13中，横坐标为单元号，纵坐标为应力比。

图中1-柱包钢，2-支撑柱，3-柱底板，4-地脚锚栓，5-栓钉，6-桁架弦杆接头，7-桁架腹杆接头，8-加强板，9-加劲板，10-连接板，11-外环板，12-箱体，A-混凝土柱，B-桁架弦杆，C-次梁，D-抱箍式节点，E-桁架腹杆。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构，包括混凝土柱A、桁架弦杆B、桁架腹杆E和抱箍式节点D；

混凝土柱A与抱箍式节点D连接，桁架弦杆B、桁架腹杆E分别连接在抱箍式节点D侧端；

抱箍式节点D包括柱包钢1、支撑柱2、柱底板3、地脚锚栓4和外环板11；

支撑柱2、柱底板3、地脚锚栓4均位于混凝土柱A内；

柱包钢1通过支撑柱2、柱底板3、地脚锚栓4与混凝土柱A连接；

支撑柱2一端与柱包钢1的箱体12连接、另一端与柱底板3连接，柱底板3上设置地脚锚栓4；支撑柱2用于支撑柱包钢体，简化安装措施；柱底板为支撑柱与基础混凝土柱连接件；地脚锚栓为支撑柱与混凝土基础紧固件；

外环板11设置在柱包钢1外壁上；外环板环混凝土柱，加强柱包钢及连接桁架钢梁(如桁架弦杆B、桁架腹杆E)和次梁；

柱包钢1为箱体结构；柱包钢1包括栓钉5、加劲板9和箱体12；栓钉5和加劲板9均设置在箱体12上；箱体12包裹在混凝土柱外周；柱包钢1为钢梁与混凝土柱连接转换节点主要部件，柱包钢1下端通过设置在混凝土柱内的支撑柱2与混凝土柱固定连接、侧端通过连接板与钢梁连接，用于实现三向钢桁架与混凝土柱的连接；

加劲板用于连接支撑柱与箱体；

柱包钢1的箱体12下端通过支撑柱2与混凝土柱A连接；

桁架弦杆接头6设置在外环板11上；桁架腹杆接头7设置在外环板11与箱体12之间；桁架弦杆接头为钢桁架弦杆与混凝土柱连接节点；桁架腹杆接头为钢桁架腹杆与混凝土柱连接节点；

柱包钢1的箱体12侧端通过桁架弦杆接头6与桁架弦杆B连接；

柱包钢1的箱体12侧端通过桁架腹杆接头7与桁架腹杆E连接。

进一步地，箱体12呈上、下端开口的中空结构；加劲板9设置在箱体12内部；

支撑柱2一端从箱体12下端伸入、与加劲板9连接，另一端通过地脚锚栓4与混凝土柱连接；加劲板为箱体内部格构板，加强箱体、防止受拉变形；

进一步地，外环板11有多个；多个外环板11平行间隔设置在箱体12外周中部；

桁架弦杆接头6设置在多个外环板11之间；

腹杆连接板一端连接在箱体12侧壁下部、另一端连接在位于下层的外环板11下端；桁架腹杆接头7设置在腹杆连接板上；

桁架腹杆接头7位于桁架弦杆接头6下方。

进一步地，多个外环板11之间设置加强板8；加强板用于加强外环板11；

桁架腹杆接头7上设置加强板8；加强板用于加强腹杆连接板；

栓钉5连接在箱体12与混凝土柱上，栓钉连接柱包钢与混凝土，提高整体受力性能。

更进一步地，连接板10设置在多个外环板11之间，连接板为钢梁与柱包钢1柱体连接件。

更进一步地，次梁C连接在多个外环板11之间，次梁C与外环板11的连接处设置连接板10；多根次梁C分别位于柱包钢1两侧；桁架弦杆接头6与外环板11的连接处设置连接板10。

对本发明所述三向钢桁架连接混凝土柱抱箍式连接结构的整体验算。

1、计算简图、几何信息；

1.1、计算简图如图11、图12、图13所示。

1.2、几何信息如下表1所示；

表1各单元信息

注：等肢单角钢的2、3轴分别对应u、v轴(u、v轴为UV坐标中的两个坐标轴，为现有技术，其中，U代表横向坐标上的分布、V代表纵向坐标上的分布)。

2、荷载与组合

2.1、单元荷载

(1)单元荷载汇总表(力：kN；分布力：kN/m；弯矩：kN.m；分布弯矩：kN.m/m)

第0工况单元荷载表

第1工况单元荷载表

1)工况号:0

表2输入的面荷载:

2)工况号:1

表3输入的面荷载

2.2、其它荷载

1)地震作用

规范：《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

地震烈度：6度(0.05g)

水平地震影响系数最大值：0.04

计算振型数：9

建筑结构阻尼比：0.040

特征周期值：0.25

地震影响：多遇地震

场地类别：I1类

地震分组：第一组

周期折减系数：1.00

地震力计算方法：振型分解法

地震振型及周期如下表4所示，

表4地震振型及周期

2)温度作用

无温度作用。

2.3、荷载组合

(1)1.20恒载+1.40活载工况1

(2)1.20恒载+1.20x0.50活载工况1+1.30水平地震

3、内力位移计算结果

3.1、内力包络及统计

表5轴力N最大的前10个单元的内力

表6轴力N最小的前10个单元的内力

表7轴力N最小的前10个单元的内力

表8剪力Q2最大的前10个单元的内力

表9剪力Q2最小的前10个单元的内力

表10剪力Q3最大的前10个单元的内力

表11剪力Q3最小的前10个单元的内力

表12弯矩M2最大的前10个单元的内力

表13弯矩M2最小的前10个单元的内力

表14弯矩M3最大的前10个单元的内力

表15弯矩M3最小的前10个单元的内力

结论：表5-表15中分析了杆件的受力情况，用于检测杆件是否满足规范要求。

4、设计验算结果

本申请有1种材料(为材质Q345，即钢材屈服强度为345MPa的

Q345：弹性模量：2.06×10

4.1、设计验算结果图及统计表

根据计算分析模型，进行规范检验，检验结果表明，结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.56。模型总体应力比分布图如图14所示：

表16强度应力比最大的前10个单元的验算结果(所在组合号/情况号)

表17按“强度应力比”统计结果表

表18绕2轴整体稳定应力比最大的前10个单元的验算结果(所在组合号/情况号)

表19按绕2轴整体稳定应力比统计结果表

表20绕3轴整体稳定应力比最大的前10个单元的验算结果(所在组合号/情况号)

表21按绕3轴整体稳定应力比统计结果表

4.2、设计验算结果表

表22设计验算结果表(强度和整体稳定为(应力/设计强度))

表23最严控制表(强度和整体稳定为(应力/设计强度))

结论：通过表16-表23的检测表明：本申请中的各单元号的强度和整体稳定性均满足要求。

其它未说明的部分均属于现有技术。