可同时改善节点拉压性能的PBL加劲型钢管混凝土节点的制作方法

本发明属于矩形钢管桁架结构技术领域，尤其涉及可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点。

背景技术：

矩形钢管桁架结构具有自重轻、外形美观、截面惯性矩大、制作方便等优点，被广泛应用于海洋平台、屋盖结构以及桥梁工程当中。在矩形钢管桁架结构的弦杆内填充混凝土，形成矩形钢管混凝土桁架结构，可进一步提高矩形钢管桁架结构的受力性能和整体刚度。

由于矩形钢管桁架结构的节点采用弦杆和腹杆直接焊接的方式，通常成为矩形钢管桁架结构中最薄弱的环节，节点是否合理不仅直接关系到整体结构的可靠性，而且对结构的施工质量、工程进度以及整个工程的造价都有直接的影响。

目前，矩形钢管桁架结构中最常见的节点形式为：k型节点中的一根腹杆受拉，一根腹杆受压。现有的k型节点存在以下问题：1、桥梁结构中，弦杆宽度过小而高度过大，导致材料利用率低，剪力键和支座布设空间不足，影响结构受力性能。2、受拉腹杆多为矩形空钢管，由于腹杆间隙的存在，腹杆中心线与弦杆中心线无法交汇于一点，即存在节点偏心距，导致节点产生附加弯矩，节点承载力减小。3、受拉腹杆形状设计不合理，导致受拉腹杆传递的轴向力直接由相对较弱的弦杆顶板抗弯承载力承受，钢材抗拉性能没有得到充分发挥而过早破坏，造成材料的浪费。4、受压腹杆尺寸设计不合理，导致节点破坏时，腹杆承载力存在较大富余，造成材料的浪费。5、弦杆中钢管与混凝土整体性差，容易产生混凝土脱粘等问题。这些问题的存在，严重制约了钢管混凝土节点在工程实践中的应用推广。

因此，如何研发一种具有材料利用率高、受力性能优越、便于施工的节点形式，显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点，解决了现有技术中节点的腹杆中心线与弦杆中心线无法交汇于一点导致节点承载力减小，以及弦杆宽度过小而高度过大导致剪力键和支座布设空间不足，影响结构受力性能的问题。本发明可以消除节点偏心，提高节点承载力，改善节点拉压性能，为剪力键和支座提供充足的布设空间。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点，包括弦杆，弦杆的顶板连接有受拉腹杆和受压腹杆，弦杆、受拉腹杆和受压腹杆整体呈k型，受拉腹杆为型钢，受拉腹杆的宽度与弦杆宽度相等，弦杆的轴向中心线、受拉腹杆的轴向中心线和受压腹杆的轴向中心线相交；弦杆的宽高比大于等于2，弦杆内填充有混凝土。

优选地，弦杆内设有若干条第一加劲肋，第一加劲肋与弦杆的侧壁平行，第一加劲肋的上端和下端分别与弦杆的顶板内壁和底板内壁连接，第一加劲肋将弦杆分为两室及两室以上结构。

进一步优选地，在弦杆各室的内壁上设有若干条第二加劲肋，第二加劲肋的一端与弦杆的顶板内壁、底板内壁和/或侧壁连接，另一端为自由端。

进一步优选地，第一加劲肋和第二加劲肋均为长条形钢板，与弦杆的长度一致。

进一步优选地，第一加劲肋和第二加劲肋均为pbl(perfobondleiste，中文解释：开孔板)加劲肋。

进一步优选地，第一加劲肋的开孔为椭圆形，挖孔率大；第二加劲肋的开孔为圆形，挖孔率小，挖孔率为开孔面积与第一加劲肋或第二加劲肋面积之比。

优选地，受压腹杆的宽度小于等于弦杆宽度。

优选地，受拉腹杆与弦杆的夹角、受压腹杆与弦杆的夹角均大于等于30度。

优选地，受拉腹杆的翼板厚度小于等于弦杆的管壁厚度，受压腹杆的管壁厚度小于等于弦杆的管壁厚度。

优选地，型钢为h型钢或工字型钢或槽钢，受压腹杆为矩形空钢管。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点，其受拉腹杆采用型钢，受拉腹杆的宽度与弦杆宽度相等，腹杆所受拉力直接传至弦杆侧壁，可大大减少弦杆上壁弯曲应力，同时受拉腹杆的翼板与弦杆侧壁直接焊接，可大大减小节点热点应力，改善节点受拉性能。

同时，弦杆内填混凝土并设pbl加劲板，也可大大减小受拉情况下弦杆表面的弯曲变形，应力集中程度随之减小，节点受拉疲劳性能得到改善；在受压情况下，弦杆内填混凝土对于主管表面起支撑作用，弦杆不易变形，节点受压性能得到改善。

再者，弦杆的轴向中心线、受拉腹杆的轴向中心线和受压腹杆的轴向中心线相交，消除节点偏心，提高节点承载力，在保证腹杆受拉承载力的同时，减少钢材用量，减少工程造价。

再者，弦杆的宽高比大于等于2，当k型节点位于桁架上部时，采用扁平弦杆，增大弦杆宽度，为剪力槽的设置提供充足空间，剪力槽开孔增大，方便布置剪力钉；当k型节点位于桁架下部时，采用扁平弦杆，增大弦杆宽度，可方便支座的设置与安装。同时，采用扁平弦杆，减小弦杆高度，在保证弦杆受力的基础上，去掉冗余材料，提高材料利用率并减轻结构自重。。

进一步地，弦杆内设置第一加劲肋，可减小弦杆表面受压时的高厚比，防止弦杆表面屈曲。

进一步地，在弦杆的内壁上设置若干条第一加劲肋和第二加劲肋，可缩短钢管与混凝土的传力路径，并改善节点疲劳。

进一步地，第一加劲肋和第二加劲肋为pbl加劲肋，其开孔可以使混凝土与加劲肋充分接触。

进一步地，受压腹杆的宽度小于等于弦杆宽度，可在保证腹杆受压承载力的同时，减少钢材用量，进一步减少工程造价。

附图说明

图1为本发明提供的可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点的结构示意图；

图2为本发明提供的可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点的焊缝剖面图；

图3为本发明提供的可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点的弦杆剖面图；

图4为本发明提供的第一加劲肋的结构示意图；

图5为本发明提供的第二加劲肋的结构示意图。

图中，1为弦杆，2为受拉腹杆，3为受压腹杆，4为混凝土，5为第一加劲肋，6为第二加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

可同时改善节点拉压性能的pbl加劲型钢管混凝土节点，包括弦杆1，弦杆1的顶板连接有受拉腹杆2和受压腹杆3，弦杆1、受拉腹杆2和受压腹杆3整体呈k型，受拉腹杆2为型钢，受拉腹杆2的宽度与弦杆1宽度相等，弦杆1的轴向中心线、受拉腹杆2的轴向中心线和受压腹杆3的轴向中心线相交；弦杆1的宽高比大于等于2，弦杆1内填充有混凝土4。

需要说明的是，传统的k型节点，多由于受压腹杆尺寸过大，使得受拉腹杆轴向中心线、受压腹杆的轴向中心线以及弦杆轴向中心线无法相交于一点，导致节点偏心的产生，而节点偏心的存在，会在弦杆和腹杆的连接处产生附加弯矩，削弱节点承载力。而本发明的k型节点中，由于受拉腹杆2采用型钢，受拉腹杆2的轴向中心线、受压腹杆3的轴向中心线以及弦杆1的轴向中心线相交于一点，消除了节点偏心，保证了腹杆与弦杆1均为轴心受力，不产生附加弯矩。同时，与现有技术中受拉腹杆采用矩形空钢管相比，本发明的受拉腹杆2采用型钢，可在保证腹杆受拉承载力的同时，减少钢材用量，减少工程造价。

再者，由于弦杆1的宽高比大于等于2，当k型节点位于桁架上部时，采用扁平弦杆1，增大弦杆1宽度，为剪力槽的设置提供充足空间，剪力槽开孔增大，方便布置剪力钉；当k型节点位于桁架下部时，采用扁平弦杆1，增大弦杆1宽度，可方便支座的设置与安装。同时，采用扁平弦杆1，减小弦杆1高度，在保证弦杆1受力的基础上，去掉冗余材料，提高材料利用率并减轻结构自重。

另外，弦杆1内填混凝土4，可提高弦杆1的刚度和承载力，改善节点受力性能。

实际使用中，受拉腹杆2和受压腹杆3焊接于扁平弦杆1顶板。本实施例中弦杆1采用两箱室结构，弦杆1的横截面尺寸为400mm*200mm*10mm。

优选地，弦杆1内设有若干条第一加劲肋5，第一加劲肋5与弦杆1的侧壁平行，第一加劲肋5的上端和下端分别与弦杆1的顶板内壁和底板内壁连接，第一加劲肋5将弦杆1分为两室及两室以上结构。弦杆1内设置第一加劲肋5，可减小弦杆1表面受压时的高厚比，防止弦杆1表面屈曲。

进一步优选地，在弦杆1各室的内壁上设有若干条第二加劲肋6，第二加劲肋6的一端与弦杆1的顶板内壁、底板内壁和/或侧壁连接，另一端为自由端。在弦杆1内设若干条第一加劲肋5和第二加劲肋6，可缩短钢管与混凝土4的传力路径，并改善节点疲劳。

实际使用中，第一加劲肋5和第二加劲肋6通过焊接的方式与弦杆1的内壁连接。

进一步优选地，第一加劲肋5和第二加劲肋6均为长条形钢板，与弦杆1的长度一致。

进一步优选地，第一加劲肋5和第二加劲肋6均为pbl加劲肋，其开孔可以使混凝土4与加劲肋充分接触。

进一步优选地，第一加劲肋5的开孔为椭圆形，挖孔率大；第二加劲肋6的开孔为圆形，挖孔率小，挖孔率为开孔面积与第一加劲肋5或第二加劲肋6面积之比。

本实施例中，第一加劲肋5为贯通pbl加劲肋，第二加劲肋6为非贯通pbl加劲肋，贯通pbl加劲肋的横截面尺寸为200mm*6mm，长度与弦杆1一致，开孔为椭圆孔，椭圆孔的长轴尺寸a＝300mm,短轴尺寸b＝130mm。非贯通pbl加劲肋的横截面尺寸为60mm*6mm，长度与弦杆1一致，开孔为圆孔，孔径d＝30mm。

优选地，受拉腹杆2的宽度与扁平弦杆1宽度相等，可保证受拉腹杆2传递的拉力直接由弦杆1侧壁抗拉刚度承受，保护弦杆1顶板，使其免于受弯破坏。受压腹杆3的宽度小于等于弦杆1宽度，可在保证腹杆受压承载力的同时，减少钢材用量，进一步减少工程造价。

优选地，受拉腹杆2与弦杆1的夹角、受压腹杆3与弦杆1的夹角均大于等于30度，本实施例采用45度。

优选地，受拉腹杆2的翼板厚度小于等于弦杆1的管壁厚度，受压腹杆3的管壁厚度小于等于弦杆1的管壁厚度。

优选地，型钢为h型钢或工字型钢或槽钢，受压腹杆3为矩形空钢管。本实施例中采用高频焊接h型钢，型钢横截面尺寸为300mm*200mm*6mm*8mm；采用矩形空钢管，钢管横截面尺寸为250mm*200mm*10mm。

实际使用过程中，可根据具体需要，对弦杆1和受压腹杆3所采用矩形钢管的横截面尺寸、受拉腹杆2所采用型钢类型和尺寸、第一加劲肋5和第二加劲肋6的竖向尺寸和开孔尺寸进行相应调整。

综上所述，本发明设计合理且施工简便，传力明确，能充分发挥钢与混凝土4材料各自的优势，受力性能好，可大幅度提高材料利用率，在节约材料的同时增强节点的抗拉压承载力，降低工程造价，应用前景广阔。