专利名称：中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑结构节点，特别是涉及一种中空钢管混凝土柱与钢梁的连接 节点及其施工方法。
背景技术：
中空钢管混凝土柱是一种在内外两层钢管间填充混凝土而形成的新型钢管混凝 土结构，与传统实心钢管混凝土结构相比，它可减轻结构自重，增大结构抗弯刚度，具有良 好的应用前景。其中内钢管的空心截面还可兼作建筑穿线管或建筑排水管。其截面形式多 样，可以是方套方、方套圆、方形套矩形、矩形套矩形等。现阶段对中空钢管混凝土的研究主 要局限在柱构件部分，对节点进行的研究较少，这极大的限制了该具有优越性能的结构形 式的使用与推广。目前传统钢管混凝土结构使用的节点形式主要有内、外隔板式、加强环式、锚定式 和梁贯通式等，这些节点形式多采用全焊接或栓焊混合连接，现场施焊作业相当多，对焊缝 质量依赖较重，剪力主要依靠焊接在柱壁的竖向连接板通过高强螺栓或焊接来传递，弯矩 主要通过翼缘与柱表或柱上外加强环板焊接来传递，在柱内翼缘高度设隔板或锚定板将弯 矩产生的拉力传递给核心混凝土。对1994年美国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连接的节点遭受到严重的撕裂与脆性破坏，也 暴露出这类过度依赖焊缝的节点连接的缺陷，如现场焊接施工难度大且焊缝质量难以保 证；焊接对钢管壁热影响较大，容易造成脆性破坏，影响节点延性；连接部位的钢材存在三 向应力，无法形成侧向收缩和剪切滑移，致使梁翼缘坡口焊缝处形成高应力集中区；梁腹板 工艺孔根部存在很大的应力集中和节点荷载路径传递不合理等等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供中空钢管混凝土柱与钢梁 的连接节点及其施工方法。本发明通过端板螺栓将钢梁连接在中空钢管混凝土柱上，并在 钢梁和柱间传递力与弯矩，避免了由焊缝承担荷载的不利状况，具有经济实用、传力明确、 制作简单、预制程度高、施工方便，且能避免现场焊接，可提高节点抗震性能和施工效益等 优点。本发明的目的通过如下技术方案实现中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点，包括中空钢管混凝土柱和钢梁，其特点是 还包括将中空钢管混凝土柱与钢梁在节点处连接的端板与高强螺栓，所述端板焊接在钢梁 端，在所述节点处的端板和中空钢管混凝土柱的外层钢管上开有供所述高强螺栓穿过的螺 栓孔；所述高强螺栓穿过端板与中空钢管混凝土柱上的螺栓孔实现节点连接。上述中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点中，在所述节点处的中空钢管混凝土柱 的外层钢管和内层钢管上均开有供所述高强螺栓穿过的螺栓孔。上述中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点中，所述中空钢管混凝土柱的内外两层钢管间填充有混凝土。上述中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点中，所述螺栓孔个数为两个以上。如上 所述端板、外层钢管与内层钢管，根据需要可以在其上预开螺栓孔。上述的中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点的施工方法，包括如下步骤(1)在端板上用于连接中空钢管混凝土柱的位置开螺栓孔，在工厂将端板焊接在 钢梁端上；(2)在工厂分别将中空钢管混凝土柱外层及内层钢管焊接成型，在外层钢管上与 端板相连接的位置开设螺栓孔，并在中空钢管混凝土柱柱顶及柱底通过点焊拉接钢筋进行 内外层钢管定位；(3)若需预制中空钢管混凝土柱，则在工厂先将螺栓做好无粘结措施，将螺栓穿过 钢管上的螺栓孔后，进行混凝土浇筑，待养护成型后将预制柱与钢梁运送至施工现场，将预 制柱吊装到施工平面的柱子定位处；若需在施工现场浇中空钢管混凝土柱，则将步骤(1) 和步骤(2)所述钢管与钢梁运送至施工现场，将钢管吊装到施工平面的柱子定位处，而后 螺栓做好无粘结措施，将螺栓穿过钢管预留孔后，进行混凝土浇筑与养护；(4)将所述钢梁吊装到柱节点位置，将高强螺栓穿过端板上的螺栓孔，通过施加预 应力张拉高强螺栓将钢梁与中空钢管混凝土柱连接。上述施工方法中，步骤(2)中在外层钢管和内层钢管上用于与端板相连接的位置 开设螺栓孔。与现有技术相比，本发明的优点与效果是(1)本发明采用预应力高强螺栓进行梁柱节点连接，主要通过端板与螺栓群来传 递节点区弯矩与剪力，避免了由焊接节点和栓焊混合节点带来的相关破坏，改善了结构的 抗震性能；(2)本发明现场施工工艺简单，节点施工只需进行螺栓拼接与预应力张拉，现场施 工难度与工作量大为减少，有利于提高施工效率、缩短工期和降低造价；同时也提高了结构 在寒冷地区的可施工性；(3)本发明不需在钢管内焊接隔板，钢梁也不需贯穿钢管，易于保证混凝土的浇筑
质量；(4)本发明设计简单、传力明晰、预制程度高、制作便利，便于机械化生产，易于推
图1是本发明所述中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点的结构示意图；图2是本发明中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点的侧剖面图；图3是本发明中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点的平剖面图；图4a 图4e是本发明中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点的施工方法流程图， 其中图4a为钢梁端部与开孔端板焊接的结构图；图4b为外层钢管与内层钢管开螺栓孔与两层钢管间焊接拉结钢筋定位的剖视 图4c为节点预穿无粘结高强螺栓的剖视图；图4d为节点内浇筑混凝土后的剖视图；图4e为本发明所述端板螺栓连接中空钢管混凝土柱与钢梁节点施工完毕后的结 构图。图中1外层钢管，2内层钢管，3混凝土，4钢梁，5端板，6高强螺栓，7螺栓孔，8拉 结钢筋。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施做进一步详细说明，但本发明的实施和保护范 围不限于此。如图1 图3所示，中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点，包括中空钢管混凝土 柱、钢梁4和将中空钢管混凝土柱与钢梁在节点处连接的端板5与高强螺栓6，所述端板5 焊接在钢梁4的端部，在节点处的端板和中空钢管混凝土柱的外层钢管上开有供所述高强 螺栓6穿过的螺栓孔7 ；所述高强螺栓6穿过端板5与中空钢管混凝土柱上的螺栓孔7实 现节点连接。根据钢管大小和设计需要，也可以在所述节点处的中空钢管混凝土柱的外层 钢管和内层钢管上均开有供所述高强螺栓穿过的螺栓孔7。中空钢管混凝土柱的内外两层 钢管间填充有混凝土 3。在具体实施中，中空钢管混凝土柱可采用方套方、方套圆、方形套矩形、矩形套矩 形等截面形式，在内外两层钢管间可填充普通强度混凝土或高强混凝土和自密实混凝土。 钢梁可采用H型钢梁或I型钢梁，钢梁端部焊接在端板上。图4a 图4e以螺栓贯穿内钢管的端板螺栓连接方套方中空钢管混凝土柱与钢梁 节点为例，其施工方法流程如下(1)在端板5相应位置开螺栓孔7，在钢管和钢梁加工工厂将端板焊接在钢梁4端 部；(2)在所述工厂分别将中空钢管混凝土柱外层钢管1及内层钢管2焊接成型，根据 需要在钢管与端板相应的位置开设螺栓孔7，并在柱顶部及柱底部通过点焊拉接钢筋8进 行内外层钢管定位，防止浇筑混凝土 3时钢管错位；(3)如需预制中空钢管混凝土柱，则在所述工厂将螺栓6做好无粘结措施，将螺栓 6穿过外层钢管1和内层钢管2上的螺栓孔7后，进行混凝土 3浇筑。待混凝土 3养护成型 后将预制柱与钢梁4运送至施工现场，将预制柱吊装到施工平面的柱子定位处；(4)如需现浇中空钢管混凝土柱，则将步骤(1)和步骤(2)所述钢管与钢梁4运送 至施工现场。将钢管吊装到施工平面的柱子定位处。而后螺栓6做好无粘结措施，将螺栓 6穿过外层钢管1和内层钢管2上的螺栓孔7后，进行混凝土 3的浇筑与养护；(5)将步骤(3)或步骤(4)所述钢梁4吊装到柱节点位置，将高强螺栓6穿过端板 5，通过施加预应力张拉高强螺栓6将钢梁4与中空钢管混凝土柱连接。如上即可实现本发明，上述实施例采用预应力高强螺栓进行梁柱节点连接，主要 通过端板与螺栓群来传递节点区弯矩与剪力，避免了由焊接节点和栓焊混合节点带来的相 关破坏，改善了结构的抗震性能；节点施工只需进行螺栓拼接与预应力张拉，现场施工难度 与工作量大为减少，有利于提高施工效率、缩短工期和降低造价；同时也提高了结构在寒冷地区的可施工性。不需在钢管内焊接隔板，钢梁也不需贯穿钢管，易于保证混凝土的浇筑质量。
权利要求
中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点，包括中空钢管混凝土柱和钢梁，其特征在于还包括将中空钢管混凝土柱与钢梁在节点处连接的端板与高强螺栓，所述端板焊接在钢梁端，在所述节点处的端板和中空钢管混凝土柱的外层钢管上开有供所述高强螺栓穿过的螺栓孔；所述高强螺栓穿过端板与中空钢管混凝土柱上的螺栓孔实现节点连接。
2.根据权利要求1所述的中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点，其特征是在所述节点 处的中空钢管混凝土柱的外层钢管和内层钢管上均开有供所述高强螺栓穿过的螺栓孔。
3.根据权利要求1或2所述的用端板螺栓连接的中空钢管混凝土柱与钢梁节点，其特 征是所述中空钢管混凝土柱的内外两层钢管间填充有混凝土。
4.根据权利要求1所述的中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点，其特征是所述螺栓孔 个数为两个以上。
5.根据权利要求1所述的中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点，其特征是所述中空钢 管混凝土柱的外层钢管和内层钢管采用方套方、方套圆、方形套矩形或矩形套矩形的结构 形式组成，所述钢梁采用横截面为H型或I型的钢梁。
6.权利要求1所述的中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点的施工方法，其特征在于包 括如下步骤(1)在端板上用于连接中空钢管混凝土柱的位置开螺栓孔，在中空钢管与钢梁的加工 工厂将端板焊接在钢梁端上；(2)在所述工厂处分别将中空钢管混凝土柱外层及内层钢管焊接成型，在外层钢管上 与端板相连接的位置开设螺栓孔，并在中空钢管混凝土柱柱顶及柱底通过点焊拉接钢筋进 行内外层钢管定位；(3)若需预制中空钢管混凝土柱，则在所述工厂处先将螺栓做好无粘结措施，将螺栓 穿过钢管上的螺栓孔后，进行混凝土浇筑，待养护成型后将预制柱与钢梁运送至施工现场， 将预制柱吊装到施工平面的柱子定位处；若需在施工现场浇中空钢管混凝土柱，则将步骤 (1)和步骤(2)所述钢管与钢梁运送至施工现场，将钢管吊装到施工平面的柱子定位处，而 后螺栓做好无粘结措施，将螺栓穿过钢管预留孔后，进行混凝土浇筑与养护；(4)将所述钢梁吊装到柱节点位置，将高强螺栓穿过端板上的螺栓孔，通过施加预应力 张拉高强螺栓将钢梁与中空钢管混凝土柱连接。
7.根据权利要求6所述的施工方法，其特征在于步骤(2)中在外层钢管和内层钢管上 用于与端板相连接的位置开设螺栓孔。
全文摘要
本发明公开了中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点及其施工方法，所述节点包括中空钢管混凝土柱、钢梁、端板与高强螺栓，所述端板焊接在钢梁端，在所述节点处的刚梁端通过端板也螺栓与中空钢管混凝土柱连接，通过施加了预应力的高强螺栓将其与柱连接。所述施工方法中，钢管内混凝土可以预制或现浇，端板可在工厂焊接，端板和钢管上的螺栓孔在工厂预开，仅螺栓连接必需在现场施工。本发明的节点结构经济实用、传力明确、制作简单、预制程度高、施工方便，且能避免现场焊接，可提高节点抗震性能和施工效益。
文档编号E04B1/58GK101914952SQ20101023743
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者何文辉, 王湛 申请人:华南理工大学