一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点

摘要

本发明涉及一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱‑钢梁节点，主要运用于建筑工程结构技术，属于钢管混凝土柱技术领域。当出现钢管混凝土截面脱空，则可能导致钢管所承受的荷载无法有效传递至混凝土中，钢管混凝土‑钢梁节点刚度大、承载力高的优势将受到削弱。故提出一种间断错层加肋中空夹层钢管混凝土柱‑钢梁节点。本发明的优点在于：内设间断分层实肋可以有效减少钢管局部屈曲，增加钢管与混凝土的接触面积；从节点破坏形式来看，设置错层间断实肋后节点处钢管抵抗局部变形能力明显增强，钢管与混凝土界面连接性能一定程度地增强，能够有效避免钢管局部变形和钢与混凝土界面脱空现象，保证了拱肋节点处钢管与混凝土共同受力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点，主要运用于建筑工程结构技术，属于钢管混凝土柱技术领域。

背景技术

钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，钢管对混凝土有约束作用，使混凝土将处于三向受压的应力状态，从而使得混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，在内外钢管的约束下，填充的混凝土不但在工作阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时塑性也得到了较大的改善。在现有的研究试验表明，圆钢管混凝土短柱受到轴心力并达到破坏时整体长度大约可以被压缩到原长的2/3，而且没有呈现脆性破坏的特征。此外，这种结构在承受冲击荷载和反复荷载时，也具有很大的韧性。由于钢管混凝土具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能良好。

钢管混凝土能适应现代工程技术发展和承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、地铁站台柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构、大跨度桥梁、海洋平台、装配式结构中，并且目前已经取得了良好的经济效益和建筑效果。

钢管混凝土结构中节点是个非常重要的部位，它起着传递和分配内力以及连接整各个部件的作用，对结构稳定性和整体性至关重要。对于钢管混凝土梁柱节点，按照不同的划分标准有不同的分类。按钢管混凝土柱与梁的连接类型的不同可以划分为两种，一种是钢管混凝土柱-钢梁节点，另一类是钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点。现阶段，国内外高层建筑中应用和研究趋势的节点型式主要是钢管混凝土柱-钢梁节点。

发明内容

发明目的：钢管混凝土节点区域的力传输长度由钢－混截面的黏结强度所决定，若出现混凝土和钢管粘结面脱离以及粘结面的滑移，将导致钢管所承受的荷载无法正常传递至混凝土中，钢管混凝土-钢梁节点刚度大、承载力高的优势将受到削弱。而影响钢-混结构的黏结强度的因素有：混凝土的填充程度、昼夜温差、收缩影响、徐变影响等因素的影响，钢管混凝土界面黏结应效应可能降低而导致钢管与混凝土的脱离，即为钢－混界面脱黏和剪切滑移。由于钢管与混凝土之间的黏结效应非常小，故节点处非常容易出现钢管与混凝土界面滑移，极大程度地降低了钢管混凝土-钢梁节点的刚度、承载力及整体性。故提出一种间断错层加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点。

一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点的优点：①错层间断实肋肋作为钢管截面的组成部分可直接参与受力，与此同时，错层间断实肋与混凝土之间的摩擦作用，可增强钢管对核心混凝土的约束，改善混凝土的一些力学性能以及构件整体的性能；②错层间断实肋可改善钢管的局部屈曲性能，降低钢材的用量；③在节点部位：混凝土与错层间断实肋的径向摩檫之间的作用力对节点抗拉承载力有所提高和节点疲劳也有改善作用。

矩形钢管混凝土柱-钢梁的组合结构中受到往复荷载作用下，钢管会发生部分管壁鼓曲现象，特别出现在薄壁钢板，管壁易发生局部屈曲，从而导致钢管与混凝土脱离，钢管对混凝土的套箍作用被削弱。

本发明的技术方案如下：一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点，包括外方钢管、内方钢管、外加强环、错层间断实肋、商品混凝土、钢梁、焊缝。所述错层间断实肋在节点域处相对位置在沿外方钢管长度方向的内、外表面上间断分层布置，外加强环采用角焊缝连接垂直焊接于外钢管上，左右钢梁的一端直接采用对接焊焊接在加强环上。内外钢管保持长度一致，并且同心放置。

方套方中空夹层外钢管截面为方形，内钢管的截面为方形。

选择矩形钢管截面原因：便于实肋的设计与焊接，肋的增多有利于增强与混凝土之间的粘结力。

在设计一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点过程中参考《矩形钢管混凝土结构技术规程》中节点设计的部分内容,主要是关于矩形钢管混凝土柱与钢梁连接节点的设计,包括梁柱的连接形式、节点抗弯强度的设计方法、节点域的抗剪设计方法,以及构造方面的规定。

由于错层间断实肋与混凝土间的镶嵌作用以及摩擦作用，使钢管节点域得到有效加劲而不产生弯曲变形，进而增大了混凝土有效约束区面积，设置实肋后，约束作用虽不及圆形钢管混凝土，但相比矩形钢管混凝土，有所改善。

所述预制钢管柱模具及错层间断实肋、加强环、钢梁间其连接形式均为焊接。

本发明的优点是：只需要进行焊接，不需要在钢管上打孔洞从而影响中空夹层钢管混凝土柱与钢梁节点的刚度和延性，内设间断分层实肋可以有效减少钢管局部屈曲，增大钢管与混凝土的接触面积，增强了节点核心区的抵抗变形能力和承载力，传力路径明确，刚度高，从而更好的解决钢梁连接节点问题；从节点破坏形式来看，设置错层间断实肋后节点处钢管抵抗局部变形能力明显增强，钢管与混凝土界面连接性能一定程度地增强，能够有效避免钢管局部变形和钢与混凝土界面脱空现象，使节点处钢管与混凝土更好地共同受力。

错层间断实肋节点设置后，节点处钢管屈服面积显著减小，这主要是因为设置错层间断实肋保证了节点处钢管与混凝土共同受力，水平力均匀地传递至管内混凝土，并且可以一定程度地提高混凝土的抗拉能力。

综上所述，在外钢管内壁及内钢管外壁设置错层间断实肋，起到了加劲肋和连接混凝土的双重作用，与此同时，错层间断肋还可作为钢管组成部件直接参与受力。一种间断错层加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点继承了现有钢管混凝土结构自重轻、施工便捷、力学性能优良等所有优点，而且节点连接构造简洁，制作安装更为便捷，钢管局部屈曲性能、钢管混凝土组合作用、钢－混界面力学性能和节点力学性能更为可靠，在结构工程、桥梁工程等工程中具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点的节点立面截面示意图。

图2是本发明一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点俯视截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1和图2所示，按所需设计尺寸加工一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点部件：外方钢管、方内钢管、错层间断实肋、外加强环以及钢梁；按设计位置在方外钢管1、内方钢管2上焊接错层间断实肋4，错层间断实肋4上下对称分布于节点域，并将方套方中空夹层加强环6垂直焊接在外方钢管1的设计位置。将方外钢管1和方内钢管2同心布置形成空腔，再向空腔内浇筑密实混凝土3，待混凝土养护达到设计强度值时再将加强环6连接着钢梁5，加强环和钢梁之间焊接连接，其焊缝为7。形成一种错层间断加肋中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点。

实肋的尺寸为长10cm，宽5cm,厚度与内外钢管厚度保持一致，选择3cm后即可。实肋的位置在方钢管每个面的正中间部位，每个实肋的间距保持在30cm。错层间断实肋上下对称分布于节点域。

内外钢管实肋加肋的施工方式是：将预制好的实肋先焊接在制作内外钢管的钢板上，在钢板所设计的位置焊接好实肋后，在焊缝处可以用一些砂纸抛光片进行打磨，使焊缝打磨平整。钢板在焊接好实肋后再进行钢板的冷弯处理制作成方钢管。

钢管柱制作加工的过程中，按照设计所需的截面形式和尺寸加工空心钢管，最后闭合采用对接坡口焊缝形式，焊接过程中要保证钢管两端截面平整。为了确保内外管同心放置，先在下端板上定好内外钢管的位置，将内层钢管和试件下部端板进行焊接，再套装外层钢管并将其和下部端板进行焊接。另一端板待混凝土浇筑完后再焊接。在灌注密实混凝土后，让混凝土自然养护两周后，用高强环氧树脂水泥砂浆将混凝土表面与钢管抹平，以保证钢管内部填充材料的密实，减小构件制作的误差。