矩形鋼管混凝土柱與h型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，H型鋼梁包括形成在一起的上翼緣、腹板和下翼緣，矩形鋼管混凝土柱包括上下相鄰設(shè)置的在上鋼管和在下鋼管，該節(jié)點(diǎn)包括焊接于在上鋼管內(nèi)底部的內(nèi)隔板、焊接于在上鋼管底端的貫通隔板和焊接于在上鋼管底側(cè)部的豎直連接板；在下鋼管的頂端焊接在貫通隔板的下表面上；上翼緣與內(nèi)隔板相對(duì)，上翼緣與在上鋼管焊接；腹板與豎直連接板通過高強(qiáng)螺栓連接；下翼緣與貫通隔板固定連接。本發(fā)明采用栓焊混合連接，現(xiàn)場(chǎng)安裝就位快，可明顯縮短工期，促進(jìn)裝配化進(jìn)程。同時(shí)貫通隔板的設(shè)置使得梁端塑性鉸外移，使鋼梁先于節(jié)點(diǎn)破壞，保證了節(jié)點(diǎn)的安全。
【專利說明】矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是指在鋼管中填充混凝土而形成的一種結(jié)構(gòu)，鋼管的存在可以有效地約束核心混凝土，從而使混凝土的抗壓強(qiáng)度和變形能力都得以顯著提高，同時(shí)混凝土的存在也有效地防止了鋼管發(fā)生局部屈曲，二者共同工作能充分發(fā)揮鋼材受拉性能高和混凝土受壓性能好的優(yōu)點(diǎn)，從而大大地提高了承載能力。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)因具有承載力高、重量輕、塑性和韌性好、抗震性能好、耐疲勞、抗沖擊性能好和施工方便環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。
[0003]以矩形鋼管混凝土柱和鋼梁為主形成的鋼結(jié)構(gòu)框架體系，作為一種新興的結(jié)構(gòu)形式，因其具有承載力高、平面布置靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、施工速度快和造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為高層及超高層建筑的首選結(jié)構(gòu)形式之一，受到了國內(nèi)外工程領(lǐng)域的高度重視。
[0004]目前，我國的《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS159:2004)推薦的矩形鋼管混凝土柱與鋼梁連接形式包括四種:帶短梁內(nèi)隔板式連接、外伸內(nèi)隔板式連接、外隔板式連接和內(nèi)隔板式連接。但這些節(jié)點(diǎn)尚存在以下問題:
[0005]( I)帶短梁內(nèi)隔板式連接由于需要在矩形鋼管內(nèi)焊接內(nèi)隔板，柱外焊接短鋼梁，然后鋼梁再與短鋼梁采用雙夾板拼接，施工復(fù)雜，且焊接工作量較大。
[0006](2)外伸內(nèi)隔板式連接，即隔板貫通節(jié)點(diǎn)。通過采用兩塊貫穿矩形鋼管壁的隔板，鋼管與柱壁焊接，鋼梁翼緣與隔板焊接，鋼梁腹板與連接件采用高強(qiáng)螺栓連接。隔板貫通節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，但是在同一層柱內(nèi)需要將矩形鋼管截?cái)喽啻芜M(jìn)行隔板焊接，由此帶來的施工量和造價(jià)成本勢(shì)必增加。
[0007](3)外隔板式連接，S卩外環(huán)板節(jié)點(diǎn)。此節(jié)點(diǎn)由于自身的構(gòu)造措施，節(jié)點(diǎn)需要足夠大的水平環(huán)板以保證節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，用鋼量較大。此外，較大尺寸的外環(huán)板的設(shè)置使得室內(nèi)角部有凸角出現(xiàn)，影響美觀和家居布置，給建筑設(shè)計(jì)帶來了不必要的麻煩，適應(yīng)性和靈活性較差。
[0008](4)內(nèi)隔板節(jié)點(diǎn)由于需要在矩形鋼管內(nèi)進(jìn)行隔板焊接，對(duì)矩形鋼管的尺寸有一定的要求，因?yàn)楫?dāng)截面尺寸較小時(shí)不僅焊接困難，而且影響管內(nèi)混凝土的澆筑，因此僅適用于鋼管截面尺寸較大的節(jié)點(diǎn)。此外，矩形鋼管與內(nèi)隔板和梁的連接均為焊接，矩形鋼管在多次焊接作用下，容易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力和變形，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處的鋼材容易產(chǎn)生分層或脆性破壞，影響節(jié)點(diǎn)安全。
[0009]綜上所述，《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS159:2004)推薦的四種節(jié)點(diǎn)均存在一定的不足。從美國北嶺地震和日本阪神地震中鋼管混凝土柱與鋼梁節(jié)點(diǎn)的破壞情況來看，內(nèi)隔板節(jié)點(diǎn)和直接連接的隔板貫通節(jié)點(diǎn)的破壞情況十分嚴(yán)重，以下翼緣連接處的破壞為主，其主要原因是由于下翼緣焊縫的不連續(xù)和隔板構(gòu)造的突變引起應(yīng)力集中。相對(duì)而言，倒角的隔板貫通節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)破壞較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中現(xiàn)象不明顯，能夠使鋼梁的定位施工方便，便于實(shí)現(xiàn)工廠化預(yù)制，提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率。
[0011]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，所述H型鋼梁包括形成在一起的上翼緣、腹板和下翼緣，所述矩形鋼管混凝土柱包括上下相鄰設(shè)置的在上鋼管和在下鋼管，該節(jié)點(diǎn)包括焊接于所述在上鋼管內(nèi)底部的內(nèi)隔板、焊接于所述在上鋼管底端的貫通隔板和焊接于所述在上鋼管底側(cè)部的豎直連接板；所述在下鋼管的頂端焊接在所述貫通隔板的下表面上；所述上翼緣與所述內(nèi)隔板相對(duì)，所述上翼緣與所述在上鋼管焊接；所述腹板與所述豎直連接板通過高強(qiáng)螺栓連接；所述下翼緣與所述貫通隔板固定連接。
[0012]所述貫通隔板位于所述下翼緣的下方，所述貫通隔板與所述下翼緣通過螺栓連接。
[0013]所述下翼緣與所述貫通隔板相對(duì)，所述下翼緣與所述貫通隔板焊接。
[0014]所述貫通隔板設(shè)有與所述下翼緣相連的外伸段，所述外伸段的寬度與所述下翼緣的寬度相同，在所述外伸段與所述貫通隔板的中間本體部之間設(shè)有圓弧過渡角，所述圓弧過渡角的半徑不小于25mm。
[0015]所述上翼緣的上表面標(biāo)高與所述內(nèi)隔板的上表面標(biāo)高相同。
[0016]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0017]I)內(nèi)隔板和貫通隔板依據(jù)鋼梁尺寸分別焊接于兩相鄰矩形鋼管的一端，有效解決了現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)技術(shù)在使用常用規(guī)格尺寸矩形鋼管時(shí)需要對(duì)鋼管進(jìn)行多次截?cái)嗷蚨啻魏附佣斐删匦武摴芎附託堄鄳?yīng)力大、節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯的技術(shù)難題。
[0018]2)內(nèi)隔板、貫通隔板和矩形鋼管可以形成一個(gè)模塊出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)“一層一斷”，且工廠預(yù)制率高，達(dá)到裝配化的效果。
[0019]3)該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)隔板和貫通隔板可隨著鋼梁高度的變化靈活布置，貫通隔板的設(shè)置給內(nèi)隔板起到了定位作用，解決了鋼梁難對(duì)中的問題。
[0020]4)該節(jié)點(diǎn)由于貫通隔板的存在，增大了節(jié)點(diǎn)區(qū)的剛度，使塑性鉸外移，鋼梁的破壞早于節(jié)點(diǎn)的破壞，實(shí)現(xiàn)了 “強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震準(zhǔn)則。
[0021]5)該節(jié)點(diǎn)下翼緣與貫通隔板采用高強(qiáng)螺栓連接或焊縫連接，現(xiàn)場(chǎng)焊接的工作量減少，節(jié)省了人力，提高了施工效率，貫通隔板外伸長(zhǎng)度大，通過高強(qiáng)螺栓與鋼梁下翼緣連接，能夠使鋼梁負(fù)彎矩區(qū)承載能力得到極大加強(qiáng)；同時(shí)避免了下翼緣焊縫缺陷的不利影響，能有效防止焊接帶來的應(yīng)力集中，提供良好的抗震性能。
[0022]6)該節(jié)點(diǎn)連接板較少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳力明確，加工方便，縮短了工期，在各個(gè)環(huán)節(jié)降低了造價(jià)。
[0023]綜上所述，本發(fā)明采用栓焊混合連接，鋼梁上下翼緣與貫通隔板的連接可以通過焊接或高強(qiáng)螺栓連接，現(xiàn)場(chǎng)安裝就位快，可明顯縮短工期，促進(jìn)裝配化進(jìn)程。內(nèi)隔板與上翼緣的上表面標(biāo)高統(tǒng)一便于屋面樓板安裝，實(shí)現(xiàn)了施工方便的目的，且不需設(shè)置過多的連接板，構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳力明確。同時(shí)貫通隔板的設(shè)置使得梁端塑性鉸外移，使鋼梁先于節(jié)點(diǎn)破壞，保證了節(jié)點(diǎn)的安全，滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的抗震設(shè)防要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的立面示意圖；
[0025]圖2為圖1的1-1剖面示意圖；
[0026]圖3為圖1的2-2剖面示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施2的立面示意圖；
[0028]圖5為圖4的1-1剖面示意圖；
[0029]圖6為圖4的2-2剖面示意圖。
[0030]圖中:al為在上鋼管；a2為在下鋼管，b為H型鋼梁；c為內(nèi)隔板；d為貫通隔板；e為豎直連接板為高強(qiáng)螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下:
[0032]請(qǐng)參閱圖1?圖6，一種矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，所述H型鋼梁包括形成在一起的上翼緣、腹板和下翼緣，所述矩形鋼管混凝土柱包括上下相鄰設(shè)置的在上鋼管al和在下鋼管a2，該節(jié)點(diǎn)包括焊接于所述在上鋼管al內(nèi)底部的內(nèi)隔板C、焊接于所述在上鋼管al底端的貫通隔板d和焊接于所述在上鋼管al底側(cè)部的豎直連接板e(cuò)，所述在下鋼管a2的頂端焊接在所述貫通隔板d的下表面上，所述上翼緣與所述內(nèi)隔板c相對(duì)，所述上翼緣與所述在上鋼管al焊接，所述腹板與所述豎直連接板e(cuò)通過高強(qiáng)螺栓連接，所述下翼緣與所述貫通隔板d固定連接。所述下翼緣與所述貫通隔板d的連接方式可以有如下兩種:
[0033]實(shí)施例1:
[0034]請(qǐng)參閱圖1?圖3，所述貫通隔板d位于所述下翼緣的下方，所述貫通隔板d與所述下翼緣通過高強(qiáng)螺栓f連接。
[0035]本實(shí)施例的施工方法:
[0036]I)根據(jù)矩形鋼管混凝土柱的尺寸加工內(nèi)隔板c和貫通隔板d，貫通隔板在滿足構(gòu)造要求的前提下，設(shè)置圓弧倒角，使貫通隔板較寬的中間本體部向較窄的外伸段過渡，外伸段與下翼緣齊寬，圓弧倒角的半徑不小于25_。
[0037]2)在貫通隔板d上預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強(qiáng)螺栓f的直徑，預(yù)留孔數(shù)量通過梁翼緣所承受的彎矩計(jì)算得到；
[0038]3)將內(nèi)隔板c焊接在與上翼緣平齊的在上鋼管al內(nèi)，將貫通隔板d焊接在位于下翼緣下表面下面的在上鋼管al的底端；
[0039]4)根據(jù)內(nèi)隔板c和貫通隔板d的間距加工豎直連接件e，豎直連接件e與上鋼管al用坡口焊縫或角焊縫連接；
[0040]5)在下翼緣預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強(qiáng)螺栓f的直徑，預(yù)留孔需與貫通隔板d上孔對(duì)應(yīng)；
[0041 ] 6)將H型鋼梁b套在豎直連接件e上，使H型鋼梁b的上翼緣與內(nèi)隔板c對(duì)齊，下翼緣位于貫通隔板d之上，將H型鋼梁b的腹板和豎直連接件e用高強(qiáng)螺栓f連接，將H型鋼梁b的下翼緣和下貫通隔板d用高強(qiáng)螺栓f連接，將H型鋼梁b的上翼緣和在上鋼管al采用坡口焊縫連接。
[0042]實(shí)施例2:
[0043]請(qǐng)參閱圖4?圖6，所述下翼緣與所述貫通隔板d相對(duì)，所述下翼緣與所述貫通隔板d焊接。
[0044]本實(shí)施例的施工方法:
[0045]I)根據(jù)矩形鋼管混凝土柱的尺寸加工內(nèi)隔板c和貫通隔板d，貫通隔板在滿足構(gòu)造要求的前提下，設(shè)置圓弧倒角，使貫通隔板較寬的中間本體部向較窄的外伸段過渡，外伸段與下翼緣齊寬，圓弧倒角的半徑不小于25_。
[0046]2)在貫通隔板d上預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強(qiáng)螺栓f的直徑，預(yù)留孔數(shù)量通過梁翼緣所承受的彎矩計(jì)算得到；
[0047]3)將內(nèi)隔板c焊接在與上翼緣平齊的在上鋼管al內(nèi)，將貫通隔板d焊接在位于下翼緣下表面下面的在上鋼管al的底端；
[0048]4)根據(jù)內(nèi)隔板c和貫通隔板d的間距加工豎直連接件e，豎直連接件e與上鋼管al用坡口焊縫或角焊縫連接；
[0049]5)在H型鋼梁b的下翼緣上加工焊縫坡口，焊縫坡口的長(zhǎng)度需與貫通隔板d外伸段的寬度匹配；
[0050]6)將H型鋼梁b插套在豎直連接件e的外圍，使H型鋼梁b的上、下翼緣分別與內(nèi)隔板c和貫通隔板d對(duì)齊，將H型鋼梁b的腹板和連接件e用高強(qiáng)螺栓f連接，將H型鋼梁b的上翼緣和在上鋼管al采用坡口焊縫連接，將H型鋼梁b的下翼緣與貫通隔板d用坡口焊縫連接。
[0051]綜上所述，本發(fā)明基于矩形鋼管不用截?cái)嗪土憾怂苄糟q外移的思路，提出了一種矩形鋼管混凝土柱與鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，通過在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置內(nèi)隔板和貫通隔板形成了一種新的連接方式。此連接方式的內(nèi)隔板和貫通隔板依據(jù)鋼梁尺寸分別焊接于矩形鋼管的一端，內(nèi)隔板、貫通隔板和矩形鋼管形成一個(gè)模塊出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)“一層一斷”，達(dá)到裝配化的效果。內(nèi)隔板、貫通隔板、矩形鋼管及豎直連接件等的加工、焊接均可在工廠預(yù)制，大大縮短工期，降低造價(jià)成本。本發(fā)明解決了現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)技術(shù)焊接殘余應(yīng)力大、變形大或施工難度、建造成本高等技術(shù)難題。同時(shí)，貫通隔板與鋼梁下翼緣的焊接或螺栓連接方式在保證鋼梁下翼緣焊接質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)了梁端塑性鉸的外移，保證了鋼梁先于節(jié)點(diǎn)破壞，滿足了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的抗震設(shè)防要求。
[0052]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，所述H型鋼梁包括形成在一起的上翼緣、腹板和下翼緣，所述矩形鋼管混凝土柱包括上下相鄰設(shè)置的在上鋼管和在下鋼管，其特征在于，該節(jié)點(diǎn)包括焊接于所述在上鋼管內(nèi)底部的內(nèi)隔板、焊接于所述在上鋼管底端的貫通隔板和焊接于所述在上鋼管底側(cè)部的豎直連接板；所述在下鋼管的頂端焊接在所述貫通隔板的下表面上；所述上翼緣與所述內(nèi)隔板相對(duì)，所述上翼緣與所述在上鋼管焊接；所述腹板與所述豎直連接板通過高強(qiáng)螺栓連接；所述下翼緣與所述貫通隔板固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述貫通隔板位于所述下翼緣的下方，所述貫通隔板與所述下翼緣通過高強(qiáng)螺栓連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述下翼緣與所述貫通隔板相對(duì)，所述下翼緣與所述貫通隔板焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述貫通隔板設(shè)有與所述下翼緣相連的外伸段，所述外伸段的寬度與所述下翼緣的寬度相同，在所述外伸段與所述貫通隔板的中間本體部之間設(shè)有圓弧過渡角，所述圓弧過渡角的半徑不小于25mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩形鋼管混凝土柱與H型鋼梁栓焊混合連接節(jié)點(diǎn)，其特征在于，所述上翼緣的上表面標(biāo)高與所述內(nèi)隔板的上表面標(biāo)高相同。
【文檔編號(hào)】E04B1/58GK103967133SQ201410157630
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】陳志華, 吳遼, 王小盾 申請(qǐng)人:天津大學(xué)