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CN107916726B - 装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点 - Google Patents

装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑结构构件技术领域，公开了一种装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，其包括圆钢管柱和H型钢梁，圆钢管柱内贯穿钢筋，圆钢管柱包括上段钢管柱、中心插接柱和下段钢管柱，上段钢管柱与中心插接柱之间通过上套筒连接件连接，中心插接柱与下段钢管柱之间通过下套筒连接件连接；H型钢梁通过上下两个套筒连接件与圆钢管柱连接。本发明中所有构件均可在工厂加工完成，现场全部通过螺栓连接，实现了完全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题，并加快施工进度、提高劳动生产率；通过节点的设计实现了小震不坏、中震后变形迅速恢复、大震后可精准拆卸并实现快速更换的抗震设防目标。

Description

装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点
技术领域
本发明涉及建筑结构构件技术领域，具体而言，涉及一种装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点。
背景技术
钢结构构件通过连接节点组成结构体系，节点形式的选择对于结构整体性、可靠度、建设周期以及附属构件设计施工有着直接的影响。框架结构梁与柱的连接按转动刚度的不同可分为刚性连接、柔性连接和半刚性连接。
目前来说，刚性连接设计的应用最为广泛,传统的框架梁柱刚接节点又可分为全焊接节点、栓焊混合连接和螺栓连接三种形式。研究发现前两种连接形式在地震发生时容易因梁端焊缝质量问题以及得不到有效保护而发生脆性破坏，且传统节点形式皆存在破坏后难以修复、加固的问题，这样就必然会造成节点可靠度难以保证或者是材料浪费的问题。
自恢复功能结构是一种新型的减震控制结构，它不仅能在地震时保护人们的生命财产安全，也能帮助人们在大地震之后，尽快复位正常生活，是结构抗震设计的一个理想的新方向。自恢复结构体系主要包括可更换结构构件，摇摆结构，以及自复位装置等。近年来，研究表明，结构的摇摆可以降低地震作用和结构本身的延性设计需求，减小地震破坏，节约结构造价。放松结构与基础间约束或构件间约束，使结构与基础或构件接触面处仅有受压能力而无受拉能力，则结构在地震作用下发生摇摆，通过预应力使结构复位，形成自复位结构。这种新型结构体系既能有效控制结构“最大变形”，又能减少结构“残留变形”。
目前诸多学者在框架结构体系梁柱节点中框架梁处设置了预应力拉索来实现地震后结构复位的功能，短梁段与柱通过在工厂张拉预应力索完成连接，在施工现场只需像普通钢梁一样的方法通过全栓接或栓焊混合连接安装中间梁段，现场无需张拉预应力拉索，方便了施工、提高了施工质量且减少了安装时间。但是对于在柱间采用高强钢筋的钢管混凝土组合节点实现柱间自复位方面有待研究和开发。
发明内容
本发明的主要目的在于针对上述问题，提供一种新型的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点。
为了实现上述目的，本发明的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，包括圆钢管柱和H型钢梁，圆钢管柱内贯穿钢筋，圆钢管柱包括上段钢管柱、中心插接柱和下段钢管柱，上段钢管柱与中心插接柱之间通过上套筒连接件连接，中心插接柱与下段钢管柱之间通过下套筒连接件连接；
上段钢管柱的上端和下段钢管柱的下端均固定有钢筋固定板，钢筋固定板中心设置有通孔，通孔四周设置有钢筋孔，钢筋依次穿过上段钢管柱上端的钢筋固定板、圆钢管柱和下段钢管柱下端的钢筋固定板，钢筋两端通过紧固件固定；
上套筒连接件包括圆管、连接环板和插板，圆管的直径小于圆钢管柱的直径，圆管中间位置设置有连接环板，连接环板包括至少两块端板，插板固定在端板下方，与圆管、端板均垂直连接；下套筒连接件的结构与上套筒连接件对称，插板固定在端板上方；
中心插接柱上端及下端均设置有与插板相匹配的凹槽；
H型钢梁与圆钢管柱连接的一端的腹板中间位置设置有凸板，凸板上边缘与H型钢梁上翼缘之间的距离不小于上套筒连接件插板的高度，凸板下边缘与H型钢梁下翼缘之间的距离不小于下套筒连接件插板的高度；
上套筒连接件的上半部分圆管插入到上段钢管柱中，插板插入到中心插接柱上端的凹槽内，下套筒连接件的下半部分圆管插入到下段钢管柱中，插板插入到中心插接柱下端的凹槽内；H型钢梁的凸板插入到上套筒连接件的插板和下套筒连接件的插板之间，插板和凸板两侧通过腹板连接板搭接，H型钢梁的上翼缘与上套筒连接件的端板、H型钢梁的下翼缘与下套筒连接件的端板分别通过翼缘连接板搭接。
进一步的，圆钢管柱与四个H型钢梁连接，连接环板包括四块端板，四块端板呈十字形。
进一步的，圆钢管柱与三个H型钢梁连接，连接环板包括三块端板，三块端板呈T字形。
进一步的，圆钢管柱与两个H型钢梁连接，连接环板包括两块端板，两块端板呈一字形或相互垂直。
进一步的，上段钢管柱与中心插接柱、下段钢管柱与中心插接柱之间的缝隙里填充有橡胶材料，用以防止混凝土溢出。
进一步的，插板和H型钢梁的凸板通过高强螺栓与腹板连接板连接。
进一步的，端板和H型钢梁的上下翼缘板通过高强螺栓与翼缘连接板连接。
上段钢管柱、中心插接柱、下段钢管柱、上下套筒连接件和H型钢梁均提前在工厂预制好，现场只需组装即可。
上述装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点的安装方法，包括以下步骤：
第一步，将上套筒连接件和下套筒连接件分别插入到中心插接柱内；
第二步，将上段钢管柱与上套筒连接件连接，下段钢管柱与下套筒连接件连接；
第三步，将H型钢梁的凸板插入到上套筒连接件的插板和下套筒连接件的插板之间，插板和凸板两侧通过腹板连接板搭接；
第四步，H型钢梁的上翼缘与上套筒连接件的端板、H型钢梁的下翼缘与下套筒连接件的端板分别通过翼缘连接板搭接；
第五步：将高强钢筋插入上段钢管柱上端的钢筋固定板上预留的钢筋孔内，依次穿过上段钢管柱、中心插接柱和下段钢管柱，最后穿过下段钢管柱下端钢筋固定板上预留的钢筋孔，钢筋两端由螺帽扭紧完成固定连接；
第六步：通过钢筋固定板上预留的通孔向圆钢管柱内浇筑混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，所有构件均可在工厂加工完成，现场全部通过螺栓连接，实现了完全装配化施工，可避免现场焊接可能带来的质量问题，并加快施工进度、提高劳动生产率；
(2)本发明通过设置贯穿节点的钢筋群及预应力混凝土等措施有效避免了传统预制装配式结构整体性、抗震性能差等缺点，防止混凝土中裂缝的过早产生，增强了竖向构件连接的可靠性，从而增强结构整体性，使得该种节点具有良好的抗震性能，有效避免了节点在地震中先于构件先破坏的情况；
(3)本发明的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点在小震作用下与普通梁柱固接节点的功能无异，通过节点的设计实现“小震不坏”的抗震设防目标；中震作用下，柱端连接的铸钢内套筒式连接件提供转动刚度，中心插接柱和上、下段钢管柱有分离的趋势，但钢管柱内的混凝土由于高强钢筋群施加的预应力而不会过早的开裂，钢管柱内高强钢筋受拉始终处于弹性状态，震后变形可迅速恢复，继续发挥功能；大震作用下，结构可能出现大变形，但由于结构整体性强不致倒塌，地震过后，任意破坏的构件均可精准拆卸并实现快速更换。
附图说明
图1是本发明结构分解示意图；
图2是本发明圆钢管柱结构分解示意图；
图3是本发明A处局部分解图；
图4是本发明组装完成后的结构示意图；
其中，上述附图包括以下附图标记：1、圆钢管柱；2、H型钢梁；3、上段钢管柱；4、中心插接柱；5、下段钢管柱；6、上套筒连接件；7、下套筒连接件；8、钢筋固定板；9、钢筋；10、圆管；11、连接环板；12、插板；13、端板；14、凹槽；15、凸板；16、腹板连接板；17、翼缘连接板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3所示，本发明的一种装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，包括圆钢管柱1和H型钢梁2，圆钢管柱内贯穿钢筋9，圆钢管柱包括上段钢管柱3、中心插接柱4和下段钢管柱5，上段钢管柱与中心插接柱之间通过上套筒连接件6连接，中心插接柱与下段钢管柱之间通过下套筒连接件7连接；
上段钢管柱的上端和下段钢管柱的下端均固定有钢筋固定板8，钢筋固定板中心设置有通孔，通孔四周设置有钢筋孔，钢筋依次穿过上段钢管柱上端的钢筋固定板、圆钢管柱和下段钢管柱下端的钢筋固定板，钢筋两端通过紧固件固定；
上套筒连接件包括圆管10、连接环板11和插板12，圆管的直径小于圆钢管柱的直径，圆管中间位置设置有连接环板，连接环板包括至少两块端板13，插板固定在端板下方，与圆管、端板均垂直连接；下套筒连接件的结构与上套筒连接件对称，插板固定在端板上方；
根据节点在建筑框架中的位置，如果圆钢管柱与四个H型钢梁连接，则连接环板包括四块端板，四块端板呈十字形；如果圆钢管柱与三个H型钢梁连接，则连接环板包括三块端板，三块端板呈T字形；如果圆钢管柱与两个H型钢梁连接，则连接环板包括两块端板，两块端板呈一字形或相互垂直。
中心插接柱上端及下端均设置有与插板相匹配的凹槽14；
H型钢梁与圆钢管柱连接的一端的腹板中间位置设置有凸板15，凸板上边缘与H型钢梁上翼缘之间的距离不小于上套筒连接件插板的高度，凸板下边缘与H型钢梁下翼缘之间的距离不小于下套筒连接件插板的高度；
连接时，上套筒连接件的上半部分圆管插入到上段钢管柱中，插板插入到中心插接柱上端的凹槽内，下套筒连接件的下半部分圆管插入到下段钢管柱中，插板插入到中心插接柱下端的凹槽内；H型钢梁的凸板插入到上套筒连接件的插板和下套筒连接件的插板之间，凸板与插板的连接通过在在插板和凸板两侧增加腹板连接板16与之搭接，插板、凸板和腹板连接板通过高强螺栓连接；H型钢梁的上翼缘与上套筒连接件的端板、H型钢梁的下翼缘与下套筒连接件的端板的连接均通过增加翼缘连接板17与之搭接，上下翼缘与端板均通过高强螺栓连接。连接后的结构示意图如图4所示。
上段钢管柱、中心插接柱、下段钢管柱、上下套筒连接件和H型钢梁均提前在工厂预制好，现场只需组装即可。
上述装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点的安装方法，包括以下步骤：
第一步，将上套筒连接件和下套筒连接件分别插入到中心插接柱内；
第二步，将上段钢管柱与上套筒连接件连接，下段钢管柱与下套筒连接件连接；
第三步，将H型钢梁的凸板插入到上套筒连接件的插板和下套筒连接件的插板之间，插板和凸板两侧通过腹板连接板搭接；
第四步，H型钢梁的上翼缘与上套筒连接件的端板、H型钢梁的下翼缘与下套筒连接件的端板分别通过翼缘连接板搭接；
第五步：将高强钢筋插入上段钢管柱上端的钢筋固定板上预留的钢筋孔内，依次穿过上段钢管柱、中心插接柱和下段钢管柱，最后穿过下段钢管柱下端钢筋固定板上预留的钢筋孔，钢筋两端由螺帽扭紧完成固定连接；
第六步：通过钢筋固定板上预留的通孔向圆钢管柱内浇筑混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体；为了防止混凝土溢出，在上段钢管柱与中心插接柱、下段钢管柱与中心插接柱之间的缝隙里填充有橡胶材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (8)

1.一种装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，包括圆钢管柱(1)和H型钢梁(2)，圆钢管柱(1)内贯穿钢筋(9)，其特征在于，圆钢管柱(1)包括上段钢管柱(3)、中心插接柱(4)和下段钢管柱(5)，上段钢管柱(3)与中心插接柱(4)之间通过上套筒连接件(6)连接，中心插接柱(4)与下段钢管柱(5)之间通过下套筒连接件(7)连接；
上段钢管柱(3)的上端和下段钢管柱(5)的下端均固定有钢筋固定板(8)，钢筋固定板(8)中心设置有通孔，通孔四周设置有钢筋孔，钢筋(9)依次穿过上段钢管柱(3)上端的钢筋固定板(8)、圆钢管柱(1)和下段钢管柱(5)下端的钢筋固定板(8)；
上套筒连接件(6)包括圆管(10)、连接环板(11)和插板(12)，圆管(10)的直径小于圆钢管柱(1)的直径，圆管(10)中间位置设置有连接环板(11)，连接环板(11)包括至少两块端板(13)，插板(12)固定在端板(13)下方，与圆管(10)、端板(13)均垂直连接；下套筒连接件(7)的结构与上套筒连接件(6)对称，插板(12)固定在端板(13)上方；
中心插接柱(4)上端及下端均设置有与插板(12)相匹配的凹槽(14)；
H型钢梁(2)与圆钢管柱(1)连接的一端的腹板中间位置设置有凸板(15)，凸板(15)上边缘与H型钢梁(2)上翼缘之间的距离不小于上套筒连接件(6)插板(12)的高度，凸板(15)下边缘与H型钢梁(2)下翼缘之间的距离不小于下套筒连接件(7)插板(12)的高度；
上套筒连接件(6)的上半部分的圆管(10)插入到上段钢管柱(3)中，插板(12)插入到中心插接柱(4)上端的凹槽(14)内，下套筒连接件(7)的下半部分的圆管(10)插入到下段钢管柱(5)中，插板(12)插入到中心插接柱(4)下端的凹槽(14)内；H型钢梁(2)的凸板(15)插入到上套筒连接件(6)的插板(12)和下套筒连接件(7)的插板(12)之间，插板(12)和凸板(15)两侧通过腹板连接板(16)搭接，H型钢梁(2)的上翼缘与上套筒连接件(6)的端板(13)、H型钢梁(2)的下翼缘与下套筒连接件(7)的端板(13)分别通过翼缘连接板(17)搭接。
2.根据权利要求1所述的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，其特征在于，圆钢管柱(1)与四个H型钢梁(2)连接，连接环板(11)包括四块端板(13)，四块端板(13)呈十字形。
3.根据权利要求1所述的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，其特征在于，圆钢管柱(1)与三个H型钢梁(2)连接，连接环板(11)包括三块端板(13)，三块端板(13)呈T字形。
4.根据权利要求1所述的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，其特征在于，圆钢管柱(1)与两个H型钢梁(2)连接，连接环板(11)包括两块端板(13)，两块端板(13)呈一字形或相互垂直。
5.根据权利要求1所述的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，其特征在于，上段钢管柱(3)与中心插接柱(4)、下段钢管柱(5)与中心插接柱(4)之间的缝隙里填充有橡胶材料，用以防止混凝土溢出。
6.根据权利要求1所述的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，其特征在于，插板(12)和H型钢梁(2)的凸板(15)通过高强螺栓与腹板连接板(16)连接。
7.根据权利要求1所述的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点，其特征在于，端板(13)和H型钢梁(2)的上下翼缘板通过高强螺栓与翼缘连接板(17)连接。
8.一种权利要求1-7任一所述的装配式自恢复圆形钢管混凝土组合节点的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将上套筒连接件(6)和下套筒连接件(7)分别插入到中心插接柱(4)内；
第二步，将上段钢管柱(3)与上套筒连接件(6)连接，下段钢管柱(5)与下套筒连接件(7)连接；
第三步，将H型钢梁(2)的凸板(15)插入到上套筒连接件(6)的插板(12)和下套筒连接件(7)的插板(12)之间，插板(12)和凸板(15)两侧通过腹板连接板(16)搭接；
第四步，H型钢梁(2)的上翼缘与上套筒连接件(6)的端板(13)、H型钢梁(2)的下翼缘与下套筒连接件(7)的端板(13)分别通过翼缘连接板(17)搭接；
第五步：将钢筋(9)插入上段钢管柱(3)上端的钢筋固定板(8)上预留的钢筋孔内，依次穿过上段钢管柱(3)、中心插接柱(4)和下段钢管柱(5)，最后穿过下段钢管柱(5)下端钢筋固定板(8)上预留的钢筋孔，钢筋(9)两端由螺帽扭紧完成固定连接；
第六步：通过钢筋固定板(8)上预留的通孔向圆钢管柱(1)内浇筑混凝土，使连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。
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