專利名稱：矩形鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點的制作方法
矩形鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種矩形鋼管混凝土柱-鋼梁連接節(jié)點。
背景技術(shù)：
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼管中填充混凝土構(gòu)成，鋼管的存在能夠防止混凝土過早開裂，混凝土的存在能夠防止鋼管的過早屈曲，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，因此具有承載力高、塑性和韌性好、抗震性能好、經(jīng)濟效益顯著和施工環(huán)保等許多優(yōu)點。
矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有抗彎剛度大、節(jié)點連接方便的優(yōu)點。而矩形鋼管混凝土柱與鋼梁形成的框架結(jié)構(gòu)體系，因平面布置靈活、結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、施工速度快、 造價低等特點，在高層及超高層建筑中具有很好的應(yīng)用前景，現(xiàn)已受到國內(nèi)外工程領(lǐng)域的普遍重視。
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-鋼梁連接節(jié)點包括四種內(nèi)隔板式連接，帶短梁內(nèi)隔板式連接，外環(huán)板式連接， 隔板貫通式連接。這些節(jié)點尚存在以下問題
(1)內(nèi)隔板節(jié)點由于節(jié)點內(nèi)部施焊較困難，管內(nèi)混凝土的澆注也受影響，在應(yīng)用中往往受到管柱邊長的限制。另外，鋼管柱同一位置的兩側(cè)分別有梁翼緣和內(nèi)隔板在此相焊， 鋼材經(jīng)過兩次熱加工，易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致焊縫附近易發(fā)生脆性破壞。雖然節(jié)點自身構(gòu)造意使塑性鉸出現(xiàn)在梁端，但焊縫處的應(yīng)力集中卻影響了塑性鉸的發(fā)展。
(2)外環(huán)板式節(jié)點由于節(jié)點自身的構(gòu)造特點，適應(yīng)性和靈活性較差。節(jié)點需要足夠大的水平環(huán)板以保證節(jié)點的強度，用鋼量明顯增大。此外，外環(huán)板的設(shè)置使位于邊角處的節(jié)點布置困難，給建筑設(shè)計帶來了不必要的麻煩，室內(nèi)角部有凸角出現(xiàn)，影響美觀
(3)隔板貫通式節(jié)點上下外伸的隔板將柱身截斷，對于柱身有一定的削弱，但整體節(jié)點區(qū)段可以工廠預(yù)制，施工過程比較簡單，另外還有助于實現(xiàn)高層建筑中柱截面尺寸的變化。節(jié)點構(gòu)造形式簡單，制作方便，室內(nèi)空間布置靈活。梁翼緣受力直接傳遞至柱側(cè)，傳力機制明確，有利于梁端彎矩和剪力的傳遞，減少了鋼管柱壁的局部變形，保證了節(jié)點的工作性能。但也存在焊接工作量大，下翼緣焊縫需兩次施焊，焊接質(zhì)量不易保證等缺點。
由此可見，目前我國規(guī)范提供的四種節(jié)點均為栓焊混合連接的剛性節(jié)點，即翼緣焊接，腹板螺栓連接。而從美國北嶺地震和日本阪神地震的震害情況來看，鋼結(jié)構(gòu)栓焊混接節(jié)點的破壞情況十分嚴(yán)重，對破壞的連接所作的調(diào)查表明，焊縫容易存在質(zhì)量缺陷，且裂縫多起始于下翼緣焊縫處，該處的下翼緣焊縫是中斷的，不易進行超聲波檢查。而與之相對， 螺栓連接框架則很少發(fā)生破壞。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種矩形鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點，該節(jié)點由于采用全螺栓連接，施工快捷，可明顯縮短工期；且不需設(shè)置過多的連接板，構(gòu)造簡單，傳力明確；同時，由于采用了貫通隔板，并且在梁翼緣端部開槽，可實現(xiàn)梁端塑性鉸外移的要求，使鋼梁的破壞先于節(jié)點的破壞，保證了節(jié)點的安全，達到了“強節(jié)點，弱構(gòu)件”的抗震設(shè)防要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種矩形鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點，其特征在于，包括矩形鋼管混凝土柱、鋼梁、上貫通隔板、下貫通隔板、連接板和高強螺栓，其中，上貫通隔板和下貫通隔板貫穿矩形鋼管混凝土柱柱壁，并與鋼管柱壁四周用剖口焊縫連接，連接板與柱側(cè)壁及上貫通隔板和下貫通隔板焊接，鋼梁腹板與連接板用高強螺栓連接，鋼梁腹板的上翼緣和下翼緣分別與上貫通隔板和下貫通隔板用高強螺栓連接。
作為實施方式之一，所述的連接板為開長槽的連接板，所述鋼梁的上翼緣和下翼緣直接插入連接板的長槽中。
作為實施方式之二，所述的鋼梁上翼緣和下翼緣均開槽，所述連接板在鋼梁插入口處帶弧形切口，所述鋼梁的上下翼緣直接插入連接板的切口中。
作為實施方式之三，所述的鋼梁為腹板上下切長口的鋼梁，所述的連接板為不帶弧形切口的連接板，所述鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之上、下翼緣位于下貫通隔板之下的方式插入，并通過在上貫通隔板與上側(cè)柱壁，下貫通隔板與下側(cè)柱壁之間加肋、加腋或者在上貫通隔板和下貫通隔板兩側(cè)增加水平加強板對節(jié)點域進行加強。
作為實施方式之四，所述的鋼梁為腹板上部切長口的鋼梁，所述的連接板為僅下部帶弧形切口的連接板，所述鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之上、下翼緣位于下貫通隔板之上的方式插入。
作為實施方式之五，所述的鋼梁為腹板下部切長口的鋼梁，所述的連接板為僅上部帶弧形切口的連接板，所述鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之下、下翼緣位于下貫通隔板之下的方式插入。
上述的實施方式中，所述的矩形鋼管混凝土柱的矩形鋼管為焊接鋼板、對接槽鋼或冷彎鋼管；所述的鋼梁為H型鋼梁或工字鋼梁；所述的混凝土是普通混凝土、高強混凝土或自密實混凝土；所述的連接板與柱側(cè)壁及上下貫通隔板采用剖口焊縫或角焊縫連接。
本發(fā)明的有益效果是
1)該節(jié)點由于貫通隔板的存在，增大了節(jié)點區(qū)的剛度，使塑性鉸外移，鋼梁的破壞早于節(jié)點的破壞，實現(xiàn)了 “強節(jié)點弱構(gòu)件”的抗震準(zhǔn)則。
2)該節(jié)點的貫通隔板與柱壁采用剖口焊，避免了柱壁的多次施焊，減小了柱壁的應(yīng)力集中和脆性，提高了節(jié)點域的延性。
3)該節(jié)點采用全螺栓連接，完全沒有現(xiàn)場焊接的工作量，節(jié)省了人力，提高了施工效率，并防止了由于焊縫缺陷導(dǎo)致的節(jié)點性能降低，能更大程度的實現(xiàn)節(jié)點的高抗震性能。
4)該節(jié)點可以通過鋼梁翼緣開槽深度的變化，腹板開槽位置的變化，以及連接板切口的變化，形成多種不同連接方式的節(jié)點，能夠滿足不同工程對節(jié)點性能和節(jié)點施工方式的要求。
5)該節(jié)點構(gòu)件簡單，施工方便，具有良好的受力性能。


圖1為本發(fā)明實施例1的平面截面示意圖。
圖2為圖1中1-1剖面示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例2的平面截面示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例3加肋節(jié)點的平面截面圖。
圖5為圖4中2-2剖面示意圖。
圖6為本發(fā)明實施例3加腋節(jié)點的平面截面圖。
圖7為圖6中3-3剖面示意圖。
圖8為本發(fā)明實施例3加水平加強板節(jié)點的平面截面圖。
圖9為圖8中4-4剖面示意圖。
圖10為本發(fā)明實施例4的平面截面圖。
圖11為本發(fā)明實施例5的平面截面圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例做詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
參見圖1、圖2，矩形鋼管混凝土柱1、鋼梁2、貫通隔板3、連接板4、高強螺栓5，其中，貫通隔板3貫穿矩形鋼管混凝土柱1柱壁，并與鋼管柱壁四周用剖口焊縫連接，連接板 4與柱側(cè)壁及上下貫通隔板3焊接，鋼梁2腹板與連接板4螺栓連接，上下翼緣與上下貫通隔板3分別螺栓連接。本實施例中，連接板為開長槽的連接板，所述鋼梁的上翼緣和下翼緣直接插入連接板的長槽中。
在上述的梁柱連接節(jié)點中，所述的矩形鋼管混凝土柱1的矩形鋼管為焊接鋼板、 對接槽鋼或冷彎鋼管。
所述的鋼梁2為H型鋼梁或工字鋼梁。
所述的混凝土是普通混凝土、高強混凝土或自密實混凝土。
所述的連接板4與柱側(cè)壁及上下貫通隔板3采用剖口焊縫或角焊縫連接。
本實施例在具體使用時，實施過程為
1)根據(jù)矩形鋼管混凝土柱1的尺寸加工貫通隔板3，在沒有與梁連接的柱側(cè)，隔板外伸長度可取50mm，在與梁連接的柱側(cè)，隔板首先外伸100mm，然后通過半徑為60mm的四分之一圓弧，使隔板過渡到與鋼梁齊寬；
2)在貫通隔板3上預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓5的直徑，預(yù)留孔數(shù)量通過梁翼緣所承受的彎矩計算得到；
3)將貫通隔板3與矩形鋼管混凝土柱1的柱壁通過剖口焊縫連接；
4)根據(jù)上下貫通隔板3的間距以及與鋼梁2腹板的連接方式加工連接板4，連接板4在靠近梁側(cè)上下端分別加工長槽，將連接板4與柱側(cè)壁和上下貫通隔板3用剖口焊縫或角焊縫連接；
5)在鋼梁2上下翼緣預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓5的直徑，預(yù)留孔需與貫通隔板3上孔對應(yīng)；
6)將鋼梁2插入連接板4，使鋼梁2的上翼緣位于上貫通隔板3之下，下翼緣位于下貫通隔板3之上，鋼梁2的腹板和連接板4用高強螺栓5連接，鋼梁2的上下翼緣和上下貫通隔板3用高強螺栓5連接。
實施例2
參見圖3，實施例2與實施例1不同的是，鋼梁上翼緣和下翼緣均開槽，連接板在鋼梁插入口處帶弧形切口，鋼梁的上下翼緣直接插入連接板的切口中。實施例2在具體使用時，實施過程為
1)根據(jù)矩形鋼管混凝土柱1的尺寸加工貫通隔板3，在沒有與梁連接的柱側(cè)，隔板外伸長度可取50mm，在與梁連接的柱側(cè)，隔板首先外伸100mm，然后通過半徑為60mm的四分之一圓弧，使隔板過渡到與鋼梁齊寬；
2)在貫通隔板3上預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓5的直徑，預(yù)留孔數(shù)量通過梁翼緣所承受的彎矩計算得到；
3)將貫通隔板3與矩形鋼管混凝土柱1的柱壁通過剖口焊縫連接；
4)根據(jù)上下貫通隔板3的間距以及與鋼梁2腹板的連接方式加工連接板，連接板 4在與鋼梁2連接的一側(cè)，開弧形切口，切口圓弧段半徑可取為35mm，將連接板4與柱側(cè)壁和上下貫通隔板3用剖口焊縫或角焊縫連接；
5)在鋼梁2上下翼緣預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓5的直徑，預(yù)留孔需與貫通隔板3上孔對應(yīng)；
6)在鋼梁2上下翼緣中部開槽，開槽深度需與螺栓孔位置和插入連接板深度匹配。
7)將鋼梁2插入連接板4，使鋼梁2的上翼緣位于上貫通隔板3之下，下翼緣位于下貫通隔板3之上，鋼梁2的腹板和連接板用高強螺栓5連接，鋼梁2的上下翼緣和上下貫通隔板3用高強螺栓5連接。
實施例3
參見圖3-圖9，與實施例1不同的是，實施例3的鋼梁為腹板上下切長口的鋼梁， 連接板為不帶弧形切口的連接板，鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之上、下翼緣位于下貫通隔板之下的方式插入，并通過在上貫通隔板與上側(cè)柱壁，下貫通隔板與下側(cè)柱壁之間加肋、加腋或者在上貫通隔板和下貫通隔板兩側(cè)增加水平加強板對節(jié)點域進行加強。
本實施例在具體使用時，實施過程為
1)根據(jù)矩形鋼管混凝土柱1的尺寸加工貫通隔板3，在沒有與梁連接的柱側(cè)，隔板外伸長度可取50mm，在與梁連接的柱側(cè)，隔板首先外伸100mm，然后通過半徑為60mm的四分之一圓弧，使隔板過渡到與鋼梁齊寬；
2)在貫通隔板3上預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓5的直徑，預(yù)留孔數(shù)量通過梁翼緣所承受的彎矩計算得到；
3)將貫通隔板3與矩形鋼管混凝土柱1的柱壁通過剖口焊縫連接；
4)根據(jù)上下貫通隔板3的間距以及與鋼梁2腹板的連接方式加工連接板4，將連接板4與柱側(cè)壁和上下貫通隔板3用剖口焊縫或角焊縫連接；
5)對節(jié)點域加焊連接肋板、腋板或者水平加強板。焊縫應(yīng)為剖口焊縫。
6)在鋼梁2上下翼緣預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓5的直徑，預(yù)留孔需與貫通隔板上孔對應(yīng)；7)在鋼梁2腹板上下部位分別開長槽，開槽深度需與螺栓孔位置和插入連接板深度匹配。8)將鋼梁2插入連接板，上翼緣位于上貫通隔板3之上、下翼緣位于下貫通隔板3 之下，鋼梁2的腹板和連接板4用高強螺栓5連接，鋼梁2的上下翼緣和上下貫通隔板3用高強螺栓5連接。實施例4參見圖10，實施例4與1不同的是，鋼梁為腹板上部切長口的鋼梁，連接板為僅下部帶弧形切口的連接板，鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之上、下翼緣位于下貫通隔板之上的方式插入。本實施例在具體使用時，實施過程為1)根據(jù)矩形鋼管混凝土柱1的尺寸加工貫通隔板3，在沒有與梁連接的柱側(cè)，隔板外伸長度可取50mm，在與梁連接的柱側(cè)，隔板首先外伸100mm，然后通過半徑為60mm的四分之一圓弧，使隔板過渡到與鋼梁齊寬；2)在貫通隔板3上預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓的直徑，預(yù)留孔數(shù)量通過梁翼緣所承受的彎矩計算得到；3)將貫通隔板3與矩形鋼管混凝土柱1的柱壁通過剖口焊縫連接；4)根據(jù)上下貫通隔板3的間距以及與鋼梁2腹板的連接方式加工連接板4，連接板4下部加工弧形切口，將連接板4與柱側(cè)壁和上下貫通隔板3用剖口焊縫或角焊縫連接；5)在鋼梁2上下翼緣預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓的直徑，預(yù)留孔需與貫通隔板3上孔對應(yīng)；6)在鋼梁2腹板上部開長槽，開槽深度需與螺栓孔位置和插入連接板4深度匹配。7)將鋼梁2插入連接板4，上翼緣位于上貫通隔板3之上、下翼緣位于下貫通隔板 3之上，鋼梁2的腹板和連接板4用高強螺栓5連接，鋼梁2的上下翼緣和上下貫通隔板3 用高強螺栓5連接。實施例5參見圖11，實施例5與實施例1不同的是，鋼梁為腹板下部切長口的鋼梁，連接板為僅上部帶弧形切口的連接板，鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之下、下翼緣位于下貫通隔板之下的方式插入。本實施例在具體使用時，實施過程為1)根據(jù)矩形鋼管混凝土柱1的尺寸加工貫通隔板3，在沒有與梁連接的柱側(cè)，隔板外伸長度可取50mm，在與梁連接的柱側(cè)，隔板首先外伸100mm，然后通過半徑為60mm的四分之一圓弧，使隔板過渡到與鋼梁齊寬；2)在貫通隔板3上預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓的直徑，預(yù)留孔數(shù)量通過梁翼緣所承受的彎矩計算得到；3)將貫通隔板3與矩形鋼管混凝土柱1的柱壁通過剖口焊縫連接；4)根據(jù)上下貫通隔板3的間距以及與鋼梁2腹板的連接方式加工連接板4，連接板4上部加工弧形切口，將連接板4與柱側(cè)壁和上下貫通隔板3用剖口焊縫或角焊縫連接；5)在鋼梁2上下翼緣預(yù)留螺栓孔，其直徑略大于高強螺栓的直徑，預(yù)留孔需與貫
7通隔板3上孔對應(yīng)；6)在鋼梁2腹板下部開長槽，開槽深度需與螺栓孔位置和插入連接板4深度匹配。7)將鋼梁2插入連接板4，上翼緣位于上貫通隔板3之下、下翼緣位于下貫通隔板 3之下，鋼梁2的腹板和連接板4用高強螺栓5連接，鋼梁2的上下翼緣和上下貫通隔板3 用高強螺栓5連接。
權(quán)利要求
1.一種矩形鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點，其特征在于，包括矩形鋼管混凝土柱、鋼梁、上貫通隔板、下貫通隔板、連接板和高強螺栓，其中，上貫通隔板和下貫通隔板貫穿矩形鋼管混凝土柱柱壁，并與鋼管柱壁四周用剖口焊縫連接，連接板與柱側(cè)壁及上貫通隔板和下貫通隔板焊接，鋼梁腹板與連接板用高強螺栓連接，鋼梁上翼緣和下翼緣分別與上貫通隔板和下貫通隔板用高強螺栓連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的連接板為開長槽的連接板，所述鋼梁的上翼緣和下翼緣直接插入連接板的長槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的鋼梁上翼緣和下翼緣均開槽，所述連接板在鋼梁插入口處帶弧形切口，所述鋼梁的上下翼緣直接插入連接板的切口中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的鋼梁為腹板上下切長口的鋼梁，所述的連接板為不帶弧形切口的連接板，所述鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之上、下翼緣位于下貫通隔板之下的方式插入，并通過在上貫通隔板與上側(cè)柱壁，下貫通隔板與下側(cè)柱壁之間加肋、加腋或者在上貫通隔板和下貫通隔板兩側(cè)增加水平加強板對節(jié)點域進行加強。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的鋼梁為腹板上部切長口的鋼梁，所述的連接板為僅下部帶弧形切口的連接板，所述鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之上、下翼緣位于下貫通隔板之上的方式插入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的鋼梁為腹板下部切長口的鋼梁，所述的連接板為僅上部帶弧形切口的連接板，所述鋼梁按照上翼緣位于上貫通隔板之下、下翼緣位于下貫通隔板之下的方式插入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的矩形鋼管混凝土柱的矩形鋼管為焊接鋼板、對接槽鋼或冷彎鋼管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的鋼梁為H型鋼梁或工字鋼MTTC。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的混凝土是普通混凝土、高強混凝土或自密實混凝土。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梁柱連接節(jié)點，其特征在于，所述的連接板與柱側(cè)壁及上下貫通隔板采用剖口焊縫或角焊縫連接。
全文摘要
本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種矩形鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點，包括矩形鋼管混凝土柱、鋼梁、上貫通隔板、下貫通隔板、連接板和高強螺栓，其中，上貫通隔板和下貫通隔板貫穿矩形鋼管混凝土柱柱壁，并與鋼管柱壁四周用剖口焊縫連接，連接板與柱側(cè)壁及上貫通隔板和下貫通隔板焊接，鋼梁腹板與連接板用高強螺栓連接，鋼梁腹板的上翼緣和下翼緣分別與上貫通隔板和下貫通隔板用高強螺栓連接。本發(fā)明還介紹了矩形鋼管混凝土柱-鋼梁全螺栓連接節(jié)點的制作方法。本發(fā)明的節(jié)點施工快捷，構(gòu)造簡單，可實現(xiàn)塑性鉸外移的要求，受力性能和抗震性能良好。
文檔編號E04B1/58GK102561530SQ20121007368
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者王小盾, 秦穎, 陳志華 申請人:天津大學(xué)