专利名称：钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的刚性连接节点的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钢管混凝土柱的设计与施工领域，具体涉及钢管混凝土柱与钢筋 混凝土梁的刚性连接节点。
背景技术：
由于钢管混凝土柱具有承载力高、延性好和施工方便等显著特点，已被广泛应用 于大跨结构、高层建筑等工程实践中，尤其是钢管混凝土柱与钢管混凝土梁所构成的结构。 但是以往的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点连接方式存在连接不可靠，施工不方便等 问题，它们制约着钢管混凝土在工程中的广泛使用。为了使钢筋混凝土梁的纵筋能顺畅的穿过节点区，目前常用的钢管混凝土柱与 钢管混凝土梁的节点连接主要有以下三种方式(1)钢管混凝土柱的钢管在节点区完全断 开，这种做法使得钢管在竖向连接中受拉能力中断，不利于钢管混凝土柱承受较大的弯矩 和剪力；(2)当钢筋混凝土梁中的纵向钢筋用量较少时，钢管混凝土柱的钢管在节点区贯 通，在钢管上开孔，钢筋混凝土梁中的钢筋分别穿越钢管，但此时钢筋混凝土柱与钢筋混凝 土梁在节点处仍存在抗剪欠可靠的问题，并且当钢筋数量较大时，施工不方便；(3)钢管在 节点区贯通，外加焊环筋，设置钢筋混凝土环梁，与节点相交的钢筋混凝土梁直接连接在环 梁上，但此节点难以形成完全刚接，另外，钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁结合的可靠性也值 得质疑。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是解决钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点连 接方式存在连接不可靠，施工不方便的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种钢管混凝土柱 与钢筋混凝土梁的刚性连接节点，该节点由环形连接件、钢筋混凝土环梁和填充在节点区 的混凝土构成，所述环形连接件包括核心区短钢管，其上方设有上水平环形钢板，下方设有 下水平环形钢板，上、下水平环形钢板之间通过若干竖向钢板焊接连接为一体，所述竖向钢 板分别均布焊接在核心区短钢管的外圆周表面上，核心区短钢管的上端面和下端面分别与 上、下环形水平钢板之间设有用于穿装钢筋混凝土梁的钢筋的间隙，所述混凝土环梁环套 在竖向钢板的外侧。上述方案中，核心短钢管的上端面和下端面与上、下环形水平钢板之间的间隙为 80mm 到 100mm。本实用新型，核心短钢管在核心区对混凝土进行约束，提高其混凝土的承载能力， 竖向钢板沿径向布置，不阻碍钢筋的贯通，另外，可使钢管受拉能力得到延续，上下环状钢 板起到了连接的作用，钢筋混凝土环梁起到加强节点区空隙部分混凝土约束作用及节点构 造作用，因此，本节点可使钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁能紧密结合，钢管受拉能力能在节 点区延续，节点内的混凝土可保持连续约束，并且节点施工简单方便。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为环形连接件的结构示意图；图4为混凝土单轴受压应力-应变关系曲线图；图5为混凝土单轴受拉应力_应变关系曲线图；图6为钢管应力_应变关系曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作出详细的说明。如图1、图2所示，本实用新型包括与钢管混凝土柱中的钢管连接为一体的环形连 接件1、与钢筋混凝土梁3连接为一体的混凝土环梁2和填充在节点区的混凝土，再参见图 3，所述环形连接件包括核心短钢管11，其上方设有上水平环形钢板12，下方设有下水平环 形钢板13，上、下水平环形钢板12、13之间通过若干竖向钢板14焊接连接为一体，竖向钢板 14分别沿上、下水平环形钢板12、13的径向均布设置且与核心短钢管11的外圆周表面焊接 固定，核心短钢管11的上端面和下端面分别与上、下环形水平钢板12、13之间留有80mm到 100mm的间隙，用于穿装钢筋混凝土梁3的钢筋，环形连接件1可以在工厂预制并在施工现 场将上、下水平环形钢板12、13分别与钢管混凝土柱的钢管4、5焊接为一体。混凝土环梁 2环套在竖向钢板14的外侧。下面以十字形钢筋混凝土梁为例对本实用新型的一个具体实施例加以说明，但 是，本实用新型所提供的技术方案并不限于仅用于十字形钢筋混凝土梁的施工，钢筋混凝 土梁可以与钢筋混凝土环梁以任意角度进行连接，从而实现钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱 的任意角度连接。在本实施案例中，钢管壁厚取20mm，上下水平环形钢板厚取20mm，竖向钢板厚 取20mm，位于中心钢管内的核心区混凝土半径取430mm，钢材的牌号为Q345，混凝土的 强度等级为C55。钢筋混凝土梁的上部纵筋和下部纵筋的配筋率均为0.8%，箍筋采用 O 100150 (四肢箍)，腰筋的配筋率为0. 1 %。混凝土环梁上部纵筋和下部纵筋的配筋率均 为0.9%，腰筋的配筋率为0.3%，箍紧采用100150。值得说明的是，不同的节点，上述参数 应根据受力情况进行合理选取。施工时，首先，工厂预制环形连接件，然后，将其运至现场，并与钢管5连接，再将 钢筋混凝土梁的上部纵筋和下部纵筋分别穿过环形连接件中上、下水平环形钢板12、13与 中心钢管11上下端面之间的间隙，之后，绑扎钢筋混凝土环梁等构件的钢筋，最后，浇注混 凝土。上一层施工时，先将钢管4与环形连接件相连，再浇注钢管4管内的混凝土。经过对本实用新型的有限元分析可见，由环形连接件和钢筋混凝土环梁构的连通 式钢管混凝土柱钢筋混凝土梁刚性节点，可使梁中钢筋顺利通过节点，并较大程度上降低 了钢管混凝土节点的施工难度，同时可使钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁能紧密结合，钢管 受拉承载力能保持连续，钢管内的混凝土可保持连续约束，该节点的承载力能够满足设计 要求，在实际工程中具有较好的推广价值。[0020]上述节点受力分析的具体过程如下钢管和核心混凝土采用C3D83三维实体单元，钢筋采用BEAM单元模拟，并采用 EMBBED命令嵌入到三维实体单元中，考虑钢管和混凝土之间的相互作用，采用TIE的约束 方式来模拟二者之间的接触。在混凝土结构的数值分析中，混凝土本构关系的模型对钢筋 混凝土结构的非线性分析具有重大影响。ABAQUS提供了三种不同的混凝土本构模型(1) 混凝土弥散裂缝模型；(2)混凝土脆性开裂模型；(3)混凝土损伤塑性模型。本次分析采用 的是工程中较为认可的混凝土损伤塑性模型，它是用各向同性损伤弹性结合各向同性拉伸 和压缩塑性的模型来表示混凝土的非线性行为。混凝土损伤塑性模型所需的材料参数主要 可以通过混凝土单轴受拉、受压曲线得到。混凝土单轴受拉、受压曲线采用混凝土结构设计 规范中的应力-应变全曲线方程，见图四、图五。(1)、钢筋与钢管的本构模型钢筋与钢管本构模型采用理想弹塑性二折线模型，其单轴应力_应变关系见图 六。(2)、边界条件及网格划分为了分析上柱受到竖向作用力较大的情况下，节点连接处的竖板、核心短钢管、上 下水平环板和节点区的混凝土以及混凝土环梁的承载力是否满足设计要求，本次对节点的 上柱施加钢管混凝土轴压比为1的轴压力，为了防止施加轴压力处的局部应力集中，采用 了分析刚体传导轴压力，并在钢筋混凝土梁上施加剪力为200KN，弯矩200KNm的等效作用 力，同时约束住下钢管混凝土柱底端各节点的x，1，z方向的位移。单元的网格划分采用扫 略性的网格划分方式。采用了以上的有限元模型，可以方便的计算出该节点在上柱施加钢管混凝土轴压 比为1的轴向压力下的各点应力。节点在轴压比为1的力作用下，上下水平环状钢板、竖向钢板都处于弹性阶段，没 有进入塑性。混凝土的纵向应力在与上下钢管连接处的混凝土纵向应力最大，达到120Mpa， 远大于混凝土单轴受压的峰值应力。然而，该混凝土的平均侧应力也达到了 30. 42Mpa。混 凝土在三向受压的情况下，混凝土的屈服条件为 =/c(l+ 1.5 序+ 2子)
V J C J c(1)
ho 42 30 42由式⑴可以求得， =25.3C(1 + 1.5+=混凝土的屈
V乃」 。」Mpa,
服应力为127. 89Mpa，可见在与上下钢管连接处的混凝土在轴压比1的轴压力作用下，混凝 土尚未屈服。节点处中心间的混凝土的纵向应力为40. 89Mpa，平均侧向应力为4. 89Mpa，由式
14.89 4 89
⑴可以求得， =25.3e(l + 1.5。+ 2^)二51.75 节点处中心间的混凝土也没有
V2’.j 2’ JMpa,
屈服破坏。钢筋混凝土梁受到200KN的剪力、200KNm弯矩，纵筋应力最大值发生在节点中心 处，最大拉应力为164Mpa，在环梁的中心处，由于受到上钢管混凝土柱传来的压力，环梁的
5箍筋的最大压应力为187Mpa，钢筋仍处于弹性状态。综上，本实用新型提从的技术方案连接可靠且施工方便。本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下 作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保 护范围之内。
权利要求钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点，其特征在于该节点由环形连接件、钢筋混凝土环梁和填充在节点区的混凝土构成，所述环形连接件包括核心区短钢管，其上方设有上水平环形钢板，下方设有下水平环形钢板，上、下水平环形钢板之间通过若干竖向钢板焊接连接为一体，所述竖向钢板分别均布焊接在核心区短钢管的外圆周表面上，核心区短钢管的上端面和下端面分别与上、下环形水平钢板之间设有用于穿装钢筋混凝土梁的钢筋的间隙，所述混凝土环梁环套在竖向钢板的外侧。
2.如权利要求1所述的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点，其特征在于核心短 钢管的上端面和下端面与上、下环形水平钢板之间的间隙为80mm到100mm。
专利摘要本实用新型公开了一种钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的刚性连接节点，该节点由环形连接件、钢筋混凝土环梁和节点区的混凝土构成，环形连接件包括核心区短钢管，其上方设有上水平环形钢板，下方设有下水平环形钢板，上、下水平环形钢板之间通过若干竖向钢板焊接连接为一体，所述竖向钢板分别均布焊接在核心区短钢管的外圆周表面上，核心区短钢管的上端面和下端面分别与上、下环形水平钢板之间设有用于穿装钢筋混凝土梁的钢筋的间隙，所述混凝土环梁环套在竖向钢板的外侧。本实用新型可使钢筋混凝土梁中钢筋顺利通过节点，较大程度上降低了钢管混凝土节点的施工难度，并使钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁能紧密结合，形成梁柱之间的刚性连接。
文档编号E04B1/58GK201605670SQ20102012889
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月12日 优先权日2010年3月12日
发明者张剑 申请人:张剑