專利名稱：中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點及其施工方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑結構節點，特別是涉及一種中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接 節點及其施工方法。
背景技術：
中空鋼管混凝土柱是一種在內外兩層鋼管間填充混凝土而形成的新型鋼管混凝 土結構，與傳統實心鋼管混凝土結構相比，它可減輕結構自重，增大結構抗彎剛度，具有良 好的應用前景。其中內鋼管的空心截面還可兼作建筑穿線管或建筑排水管。其截面形式多 樣，可以是方套方、方套圓、方形套矩形、矩形套矩形等。現階段對中空鋼管混凝土的研究主 要局限在柱構件部分，對節點進行的研究較少，這極大的限制了該具有優越性能的結構形 式的使用與推廣。目前傳統鋼管混凝土結構使用的節點形式主要有內、外隔板式、加強環式、錨定式 和梁貫通式等，這些節點形式多采用全焊接或栓焊混合連接，現場施焊作業相當多，對焊縫 質量依賴較重，剪力主要依靠焊接在柱壁的豎向連接板通過高強螺栓或焊接來傳遞，彎矩 主要通過翼緣與柱表或柱上外加強環板焊接來傳遞，在柱內翼緣高度設隔板或錨定板將彎 矩產生的拉力傳遞給核心混凝土。對1994年美國Northridge地震和1995年日本Kobe地 震的震害研究表明，采用全焊接或栓焊混合連接的節點遭受到嚴重的撕裂與脆性破壞，也 暴露出這類過度依賴焊縫的節點連接的缺陷，如現場焊接施工難度大且焊縫質量難以保 證；焊接對鋼管壁熱影響較大，容易造成脆性破壞，影響節點延性；連接部位的鋼材存在三 向應力，無法形成側向收縮和剪切滑移，致使梁翼緣坡口焊縫處形成高應力集中區；梁腹板 工藝孔根部存在很大的應力集中和節點荷載路徑傳遞不合理等等。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供中空鋼管混凝土柱與鋼梁 的連接節點及其施工方法。本發明通過端板螺栓將鋼梁連接在中空鋼管混凝土柱上，并在 鋼梁和柱間傳遞力與彎矩，避免了由焊縫承擔荷載的不利狀況，具有經濟實用、傳力明確、 制作簡單、預制程度高、施工方便，且能避免現場焊接，可提高節點抗震性能和施工效益等 優點。本發明的目的通過如下技術方案實現中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點，包括中空鋼管混凝土柱和鋼梁，其特點是 還包括將中空鋼管混凝土柱與鋼梁在節點處連接的端板與高強螺栓，所述端板焊接在鋼梁 端，在所述節點處的端板和中空鋼管混凝土柱的外層鋼管上開有供所述高強螺栓穿過的螺 栓孔；所述高強螺栓穿過端板與中空鋼管混凝土柱上的螺栓孔實現節點連接。上述中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點中，在所述節點處的中空鋼管混凝土柱 的外層鋼管和內層鋼管上均開有供所述高強螺栓穿過的螺栓孔。上述中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點中，所述中空鋼管混凝土柱的內外兩層鋼管間填充有混凝土。上述中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點中，所述螺栓孔個數為兩個以上。如上 所述端板、外層鋼管與內層鋼管，根據需要可以在其上預開螺栓孔。上述的中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點的施工方法，包括如下步驟(1)在端板上用于連接中空鋼管混凝土柱的位置開螺栓孔，在工廠將端板焊接在 鋼梁端上；(2)在工廠分別將中空鋼管混凝土柱外層及內層鋼管焊接成型，在外層鋼管上與 端板相連接的位置開設螺栓孔，并在中空鋼管混凝土柱柱頂及柱底通過點焊拉接鋼筋進行 內外層鋼管定位；(3)若需預制中空鋼管混凝土柱，則在工廠先將螺栓做好無粘結措施，將螺栓穿過 鋼管上的螺栓孔后，進行混凝土澆筑，待養護成型后將預制柱與鋼梁運送至施工現場，將預 制柱吊裝到施工平面的柱子定位處；若需在施工現場澆中空鋼管混凝土柱，則將步驟(1) 和步驟(2)所述鋼管與鋼梁運送至施工現場，將鋼管吊裝到施工平面的柱子定位處，而后 螺栓做好無粘結措施，將螺栓穿過鋼管預留孔后，進行混凝土澆筑與養護；(4)將所述鋼梁吊裝到柱節點位置，將高強螺栓穿過端板上的螺栓孔，通過施加預 應力張拉高強螺栓將鋼梁與中空鋼管混凝土柱連接。上述施工方法中，步驟(2)中在外層鋼管和內層鋼管上用于與端板相連接的位置 開設螺栓孔。與現有技術相比，本發明的優點與效果是(1)本發明采用預應力高強螺栓進行梁柱節點連接，主要通過端板與螺栓群來傳 遞節點區彎矩與剪力，避免了由焊接節點和栓焊混合節點帶來的相關破壞，改善了結構的 抗震性能；(2)本發明現場施工工藝簡單，節點施工只需進行螺栓拼接與預應力張拉，現場施 工難度與工作量大為減少，有利于提高施工效率、縮短工期和降低造價；同時也提高了結構 在寒冷地區的可施工性；(3)本發明不需在鋼管內焊接隔板，鋼梁也不需貫穿鋼管，易于保證混凝土的澆筑
質量；(4)本發明設計簡單、傳力明晰、預制程度高、制作便利，便于機械化生產，易于推


圖1是本發明所述中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點的結構示意圖；圖2是本發明中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點的側剖面圖；圖3是本發明中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點的平剖面圖；圖4a 圖4e是本發明中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點的施工方法流程圖， 其中圖4a為鋼梁端部與開孔端板焊接的結構圖；圖4b為外層鋼管與內層鋼管開螺栓孔與兩層鋼管間焊接拉結鋼筋定位的剖視 圖4c為節點預穿無粘結高強螺栓的剖視圖；圖4d為節點內澆筑混凝土后的剖視圖；圖4e為本發明所述端板螺栓連接中空鋼管混凝土柱與鋼梁節點施工完畢后的結 構圖。圖中1外層鋼管，2內層鋼管，3混凝土，4鋼梁，5端板，6高強螺栓，7螺栓孔，8拉 結鋼筋。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施做進一步詳細說明，但本發明的實施和保護范 圍不限于此。如圖1 圖3所示，中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點，包括中空鋼管混凝土 柱、鋼梁4和將中空鋼管混凝土柱與鋼梁在節點處連接的端板5與高強螺栓6，所述端板5 焊接在鋼梁4的端部，在節點處的端板和中空鋼管混凝土柱的外層鋼管上開有供所述高強 螺栓6穿過的螺栓孔7 ；所述高強螺栓6穿過端板5與中空鋼管混凝土柱上的螺栓孔7實 現節點連接。根據鋼管大小和設計需要，也可以在所述節點處的中空鋼管混凝土柱的外層 鋼管和內層鋼管上均開有供所述高強螺栓穿過的螺栓孔7。中空鋼管混凝土柱的內外兩層 鋼管間填充有混凝土 3。在具體實施中，中空鋼管混凝土柱可采用方套方、方套圓、方形套矩形、矩形套矩 形等截面形式，在內外兩層鋼管間可填充普通強度混凝土或高強混凝土和自密實混凝土。 鋼梁可采用H型鋼梁或I型鋼梁，鋼梁端部焊接在端板上。圖4a 圖4e以螺栓貫穿內鋼管的端板螺栓連接方套方中空鋼管混凝土柱與鋼梁 節點為例，其施工方法流程如下(1)在端板5相應位置開螺栓孔7，在鋼管和鋼梁加工工廠將端板焊接在鋼梁4端 部；(2)在所述工廠分別將中空鋼管混凝土柱外層鋼管1及內層鋼管2焊接成型，根據 需要在鋼管與端板相應的位置開設螺栓孔7，并在柱頂部及柱底部通過點焊拉接鋼筋8進 行內外層鋼管定位，防止澆筑混凝土 3時鋼管錯位；(3)如需預制中空鋼管混凝土柱，則在所述工廠將螺栓6做好無粘結措施，將螺栓 6穿過外層鋼管1和內層鋼管2上的螺栓孔7后，進行混凝土 3澆筑。待混凝土 3養護成型 后將預制柱與鋼梁4運送至施工現場，將預制柱吊裝到施工平面的柱子定位處；(4)如需現澆中空鋼管混凝土柱，則將步驟(1)和步驟(2)所述鋼管與鋼梁4運送 至施工現場。將鋼管吊裝到施工平面的柱子定位處。而后螺栓6做好無粘結措施，將螺栓 6穿過外層鋼管1和內層鋼管2上的螺栓孔7后，進行混凝土 3的澆筑與養護；(5)將步驟(3)或步驟(4)所述鋼梁4吊裝到柱節點位置，將高強螺栓6穿過端板 5，通過施加預應力張拉高強螺栓6將鋼梁4與中空鋼管混凝土柱連接。如上即可實現本發明，上述實施例采用預應力高強螺栓進行梁柱節點連接，主要 通過端板與螺栓群來傳遞節點區彎矩與剪力，避免了由焊接節點和栓焊混合節點帶來的相 關破壞，改善了結構的抗震性能；節點施工只需進行螺栓拼接與預應力張拉，現場施工難度 與工作量大為減少，有利于提高施工效率、縮短工期和降低造價；同時也提高了結構在寒冷地區的可施工性。不需在鋼管內焊接隔板，鋼梁也不需貫穿鋼管，易于保證混凝土的澆筑質量。
權利要求
中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點，包括中空鋼管混凝土柱和鋼梁，其特征在于還包括將中空鋼管混凝土柱與鋼梁在節點處連接的端板與高強螺栓，所述端板焊接在鋼梁端，在所述節點處的端板和中空鋼管混凝土柱的外層鋼管上開有供所述高強螺栓穿過的螺栓孔；所述高強螺栓穿過端板與中空鋼管混凝土柱上的螺栓孔實現節點連接。
2.根據權利要求1所述的中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點，其特征是在所述節點 處的中空鋼管混凝土柱的外層鋼管和內層鋼管上均開有供所述高強螺栓穿過的螺栓孔。
3.根據權利要求1或2所述的用端板螺栓連接的中空鋼管混凝土柱與鋼梁節點，其特 征是所述中空鋼管混凝土柱的內外兩層鋼管間填充有混凝土。
4.根據權利要求1所述的中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點，其特征是所述螺栓孔 個數為兩個以上。
5.根據權利要求1所述的中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點，其特征是所述中空鋼 管混凝土柱的外層鋼管和內層鋼管采用方套方、方套圓、方形套矩形或矩形套矩形的結構 形式組成，所述鋼梁采用橫截面為H型或I型的鋼梁。
6.權利要求1所述的中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點的施工方法，其特征在于包 括如下步驟(1)在端板上用于連接中空鋼管混凝土柱的位置開螺栓孔，在中空鋼管與鋼梁的加工 工廠將端板焊接在鋼梁端上；(2)在所述工廠處分別將中空鋼管混凝土柱外層及內層鋼管焊接成型，在外層鋼管上 與端板相連接的位置開設螺栓孔，并在中空鋼管混凝土柱柱頂及柱底通過點焊拉接鋼筋進 行內外層鋼管定位；(3)若需預制中空鋼管混凝土柱，則在所述工廠處先將螺栓做好無粘結措施，將螺栓 穿過鋼管上的螺栓孔后，進行混凝土澆筑，待養護成型后將預制柱與鋼梁運送至施工現場， 將預制柱吊裝到施工平面的柱子定位處；若需在施工現場澆中空鋼管混凝土柱，則將步驟 (1)和步驟(2)所述鋼管與鋼梁運送至施工現場，將鋼管吊裝到施工平面的柱子定位處，而 后螺栓做好無粘結措施，將螺栓穿過鋼管預留孔后，進行混凝土澆筑與養護；(4)將所述鋼梁吊裝到柱節點位置，將高強螺栓穿過端板上的螺栓孔，通過施加預應力 張拉高強螺栓將鋼梁與中空鋼管混凝土柱連接。
7.根據權利要求6所述的施工方法，其特征在于步驟(2)中在外層鋼管和內層鋼管上 用于與端板相連接的位置開設螺栓孔。
全文摘要
本發明公開了中空鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節點及其施工方法，所述節點包括中空鋼管混凝土柱、鋼梁、端板與高強螺栓，所述端板焊接在鋼梁端，在所述節點處的剛梁端通過端板也螺栓與中空鋼管混凝土柱連接，通過施加了預應力的高強螺栓將其與柱連接。所述施工方法中，鋼管內混凝土可以預制或現澆，端板可在工廠焊接，端板和鋼管上的螺栓孔在工廠預開，僅螺栓連接必需在現場施工。本發明的節點結構經濟實用、傳力明確、制作簡單、預制程度高、施工方便，且能避免現場焊接，可提高節點抗震性能和施工效益。
文檔編號E04B1/58GK101914952SQ20101023743
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者何文輝, 王湛 申請人:華南理工大學