CN103967133B - 矩形钢管混凝土柱与h型钢梁栓焊混合连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，H型钢梁包括形成在一起的上翼缘、腹板和下翼缘，矩形钢管混凝土柱包括上下相邻设置的在上钢管和在下钢管，该节点包括焊接于在上钢管内底部的内隔板、焊接于在上钢管底端的贯通隔板和焊接于在上钢管底侧部的竖直连接板；在下钢管的顶端焊接在贯通隔板的下表面上；上翼缘与内隔板相对，上翼缘与在上钢管焊接；腹板与竖直连接板通过高强螺栓连接；下翼缘与贯通隔板固定连接。本发明采用栓焊混合连接，现场安装就位快，可明显缩短工期，促进装配化进程。同时贯通隔板的设置使得梁端塑性铰外移，使钢梁先于节点破坏，保证了节点的安全。

Description

矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，特别涉及矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点。

背景技术

钢管混凝土结构是指在钢管中填充混凝土而形成的一种结构，钢管的存在可以有效地约束核心混凝土，从而使混凝土的抗压强度和变形能力都得以显著提高，同时混凝土的存在也有效地防止了钢管发生局部屈曲，二者共同工作能充分发挥钢材受拉性能高和混凝土受压性能好的优点，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土结构因具有承载力高、重量轻、塑性和韧性好、抗震性能好、耐疲劳、抗冲击性能好和施工方便环保等诸多优点而被广泛应用。

以矩形钢管混凝土柱和钢梁为主形成的钢结构框架体系，作为一种新兴的结构形式，因其具有承载力高、平面布置灵活、结构简单、构件易于标准化、施工速度快和造价低等诸多优点，已成为高层及超高层建筑的首选结构形式之一，受到了国内外工程领域的高度重视。

目前，我国的《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159：2004)推荐的矩形钢管混凝土柱与钢梁连接形式包括四种：带短梁内隔板式连接、外伸内隔板式连接、外隔板式连接和内隔板式连接。但这些节点尚存在以下问题：

(1)带短梁内隔板式连接由于需要在矩形钢管内焊接内隔板，柱外焊接短钢梁，然后钢梁再与短钢梁采用双夹板拼接，施工复杂，且焊接工作量较大。

(2)外伸内隔板式连接，即隔板贯通节点。通过采用两块贯穿矩形钢管壁的隔板，钢管与柱壁焊接，钢梁翼缘与隔板焊接，钢梁腹板与连接件采用高强螺栓连接。隔板贯通节点构造简单、施工方便，但是在同一层柱内需要将矩形钢管截断多次进行隔板焊接，由此带来的施工量和造价成本势必增加。

(3)外隔板式连接，即外环板节点。此节点由于自身的构造措施，节点需要足够大的水平环板以保证节点的强度，用钢量较大。此外，较大尺寸的外环板的设置使得室内角部有凸角出现，影响美观和家居布置，给建筑设计带来了不必要的麻烦，适应性和灵活性较差。

(4)内隔板节点由于需要在矩形钢管内进行隔板焊接，对矩形钢管的尺寸有一定的要求，因为当截面尺寸较小时不仅焊接困难，而且影响管内混凝土的浇筑，因此仅适用于钢管截面尺寸较大的节点。此外，矩形钢管与内隔板和梁的连接均为焊接，矩形钢管在多次焊接作用下，容易产生较大的残余应力和变形，导致节点处的钢材容易产生分层或脆性破坏，影响节点安全。

综上所述，《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159：2004)推荐的四种节点均存在一定的不足。从美国北岭地震和日本阪神地震中钢管混凝土柱与钢梁节点的破坏情况来看，内隔板节点和直接连接的隔板贯通节点的破坏情况十分严重，以下翼缘连接处的破坏为主，其主要原因是由于下翼缘焊缝的不连续和隔板构造的突变引起应力集中。相对而言，倒角的隔板贯通节点的结构破坏较少。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，该节点的应力集中现象不明显，能够使钢梁的定位施工方便，便于实现工厂化预制，提高现场施工效率。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，所述H型钢梁包括形成在一起的上翼缘、腹板和下翼缘，所述矩形钢管混凝土柱包括上下相邻设置的在上钢管和在下钢管，该节点包括焊接于所述在上钢管内底部的内隔板、焊接于所述在上钢管底端的贯通隔板和焊接于所述在上钢管底侧部的竖直连接板；所述在下钢管的顶端焊接在所述贯通隔板的下表面上；所述上翼缘与所述内隔板相对，所述上翼缘与所述在上钢管焊接；所述腹板与所述竖直连接板通过高强螺栓连接；所述下翼缘与所述贯通隔板固定连接。

所述贯通隔板位于所述下翼缘的下方，所述贯通隔板与所述下翼缘通过螺栓连接。

所述下翼缘与所述贯通隔板相对，所述下翼缘与所述贯通隔板焊接。

所述贯通隔板设有与所述下翼缘相连的外伸段，所述外伸段的宽度与所述下翼缘的宽度相同，在所述外伸段与所述贯通隔板的中间本体部之间设有圆弧过渡角，所述圆弧过渡角的半径不小于25mm。

所述上翼缘的上表面标高与所述内隔板的上表面标高相同。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)内隔板和贯通隔板依据钢梁尺寸分别焊接于两相邻矩形钢管的一端，有效解决了现有节点技术在使用常用规格尺寸矩形钢管时需要对钢管进行多次截断或多次焊接而造成矩形钢管焊接残余应力大、节点应力集中现象明显的技术难题。

2)内隔板、贯通隔板和矩形钢管可以形成一个模块出现在结构中，实现“一层一断”，且工厂预制率高，达到装配化的效果。

3)该节点的内隔板和贯通隔板可随着钢梁高度的变化灵活布置，贯通隔板的设置给内隔板起到了定位作用，解决了钢梁难对中的问题。

4)该节点由于贯通隔板的存在，增大了节点区的刚度，使塑性铰外移，钢梁的破坏早于节点的破坏，实现了“强节点弱构件”的抗震准则。

5)该节点下翼缘与贯通隔板采用高强螺栓连接或焊缝连接，现场焊接的工作量减少，节省了人力，提高了施工效率，贯通隔板外伸长度大，通过高强螺栓与钢梁下翼缘连接，能够使钢梁负弯矩区承载能力得到极大加强；同时避免了下翼缘焊缝缺陷的不利影响，能有效防止焊接带来的应力集中，提供良好的抗震性能。

6)该节点连接板较少，构造简单，传力明确，加工方便，缩短了工期，在各个环节降低了造价。

综上所述，本发明采用栓焊混合连接，钢梁上下翼缘与贯通隔板的连接可以通过焊接或高强螺栓连接，现场安装就位快，可明显缩短工期，促进装配化进程。内隔板与上翼缘的上表面标高统一便于屋面楼板安装，实现了施工方便的目的，且不需设置过多的连接板，构造简单、传力明确。同时贯通隔板的设置使得梁端塑性铰外移，使钢梁先于节点破坏，保证了节点的安全，满足“强节点，弱构件”的抗震设防要求。

附图说明

图1为本发明实施例1的立面示意图；

图2为图1的1-1剖面示意图；

图3为图1的2-2剖面示意图；

图4为本发明实施2的立面示意图；

图5为图4的1-1剖面示意图；

图6为图4的2-2剖面示意图。

图中：a1为在上钢管；a2为在下钢管，b为H型钢梁；c为内隔板；d为贯通隔板；e为竖直连接板；f为高强螺栓。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图6，一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，所述H型钢梁包括形成在一起的上翼缘、腹板和下翼缘，所述矩形钢管混凝土柱包括上下相邻设置的在上钢管a1和在下钢管a2，该节点包括焊接于所述在上钢管a1内底部的内隔板c、焊接于所述在上钢管a1底端的贯通隔板d和焊接于所述在上钢管a1底侧部的竖直连接板e，所述在下钢管a2的顶端焊接在所述贯通隔板d的下表面上，所述上翼缘与所述内隔板c相对，所述上翼缘与所述在上钢管a1焊接，所述腹板与所述竖直连接板e通过高强螺栓连接，所述下翼缘与所述贯通隔板d固定连接。所述下翼缘与所述贯通隔板d的连接方式可以有如下两种：

实施例1：

请参阅图1～图3，所述贯通隔板d位于所述下翼缘的下方，所述贯通隔板d与所述下翼缘通过高强螺栓f连接。

本实施例的施工方法：

1)根据矩形钢管混凝土柱的尺寸加工内隔板c和贯通隔板d，贯通隔板在满足构造要求的前提下，设置圆弧倒角，使贯通隔板较宽的中间本体部向较窄的外伸段过渡，外伸段与下翼缘齐宽，圆弧倒角的半径不小于25mm。

2)在贯通隔板d上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓f的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到；

3)将内隔板c焊接在与上翼缘平齐的在上钢管a1内，将贯通隔板d焊接在位于下翼缘下表面下面的在上钢管a1的底端；

4)根据内隔板c和贯通隔板d的间距加工竖直连接板e，竖直连接板e与上钢管a1用坡口焊缝或角焊缝连接；

5)在下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓f的直径，预留孔需与贯通隔板d上孔对应；

6)将H型钢梁b套在竖直连接板e上，使H型钢梁b的上翼缘与内隔板c对齐，下翼缘位于贯通隔板d之上，将H型钢梁b的腹板和竖直连接板e用高强螺栓f连接，将H型钢梁b的下翼缘和下贯通隔板d用高强螺栓f连接，将H型钢梁b的上翼缘和在上钢管a1采用坡口焊缝连接。

实施例2：

请参阅图4～图6，所述下翼缘与所述贯通隔板d相对，所述下翼缘与所述贯通隔板d焊接。

本实施例的施工方法：

1)根据矩形钢管混凝土柱的尺寸加工内隔板c和贯通隔板d，贯通隔板在满足构造要求的前提下，设置圆弧倒角，使贯通隔板较宽的中间本体部向较窄的外伸段过渡，外伸段与下翼缘齐宽，圆弧倒角的半径不小于25mm。

2)在贯通隔板d上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓f的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到；

3)将内隔板c焊接在与上翼缘平齐的在上钢管a1内，将贯通隔板d焊接在位于下翼缘下表面下面的在上钢管a1的底端；

4)根据内隔板c和贯通隔板d的间距加工竖直连接板e，竖直连接板e与上钢管a1用坡口焊缝或角焊缝连接；

5)在H型钢梁b的下翼缘上加工焊缝坡口，焊缝坡口的长度需与贯通隔板d外伸段的宽度匹配；

6)将H型钢梁b插套在竖直连接板e的外围，使H型钢梁b的上、下翼缘分别与内隔板c和贯通隔板d对齐，将H型钢梁b的腹板和竖直连接板e用高强螺栓f连接，将H型钢梁b的上翼缘和在上钢管a1采用坡口焊缝连接，将H型钢梁b的下翼缘与贯通隔板d用坡口焊缝连接。

综上所述，本发明基于矩形钢管不用截断和梁端塑性铰外移的思路，提出了一种矩形钢管混凝土柱与钢梁栓焊混合连接节点，通过在节点处设置内隔板和贯通隔板形成了一种新的连接方式。此连接方式的内隔板和贯通隔板依据钢梁尺寸分别焊接于矩形钢管的一端，内隔板、贯通隔板和矩形钢管形成一个模块出现在结构中，实现“一层一断”，达到装配化的效果。内隔板、贯通隔板、矩形钢管及竖直连接板等的加工、焊接均可在工厂预制，大大缩短工期，降低造价成本。本发明解决了现有节点技术焊接残余应力大、变形大或施工难度、建造成本高等技术难题。同时，贯通隔板与钢梁下翼缘的焊接或螺栓连接方式在保证钢梁下翼缘焊接质量的前提下实现了梁端塑性铰的外移，保证了钢梁先于节点破坏，满足了“强节点，弱构件”的抗震设防要求。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，所述H型钢梁包括形成在一起的上翼缘、腹板和下翼缘，所述矩形钢管混凝土柱包括上下相邻设置的在上钢管和在下钢管，其特征在于，该节点包括焊接于所述在上钢管内底部的内隔板、焊接于所述在上钢管底端的贯通隔板和焊接于所述在上钢管底侧部的竖直连接板；所述在下钢管的顶端焊接在所述贯通隔板的下表面上；所述上翼缘与所述内隔板相对，所述上翼缘与所述在上钢管焊接；所述腹板与所述竖直连接板通过高强螺栓连接；所述下翼缘与所述贯通隔板固定连接。

2.根据权利要求1所述的矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，其特征在于，所述贯通隔板位于所述下翼缘的下方，所述贯通隔板与所述下翼缘通过高强螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，其特征在于，所述下翼缘与所述贯通隔板相对，所述下翼缘与所述贯通隔板焊接。

4.根据权利要求3所述的矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，其特征在于，所述贯通隔板设有与所述下翼缘相连的外伸段，所述外伸段的宽度与所述下翼缘的宽度相同，在所述外伸段与所述贯通隔板的中间本体部之间设有圆弧过渡角，所述圆弧过渡角的半径不小于25mm。

5.根据权利要求1所述的矩形钢管混凝土柱与H型钢梁栓焊混合连接节点，其特征在于，所述上翼缘的上表面标高与所述内隔板的上表面标高相同。