专利名称：一种矩形钢管混凝土柱-钢梁连接节点及其施工方法
技术领域：
本发明属于建筑结构工程技术领域，特别涉及一种矩形钢管混凝土柱-钢梁连接节点及其制作方法。
背景技术：
钢管混凝土结构是在钢管中填充混凝土构成，钢管的存在能够防止混凝土过早开裂，混凝土的存在能够防止钢管的过早屈曲，二者共同工作能充分发挥钢材受拉性能高和混凝土受压性能好的优点，因此具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好、经济效益显著和施工环保等许多优点。矩形钢管混凝土结构具有抗弯刚度大、节点连接方便的优点。而矩形钢管混凝土柱与钢梁形成的框架结构体系，因平面布置灵活、结构简单、构件易于标准化、施工速度快、造价低等特点，在高层及超高层建筑中具有很好的应用前景，现已受到国内外工程领域的
普遍重视。目前，我国的《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)推荐的矩形钢管混凝土柱一钢梁连接节点包括四种:内隔板式连接，带短梁内隔板式连接，外环板式连接，隔板贯通式连接。这些节点尚存在以下问题:( I)内隔板节点由于节点内部施焊较困难，管内混凝土的浇注也受影响，在应用中往往受到管柱边长的限制。另外，钢管柱同一位置的两侧分别有梁翼缘和内隔板在此相焊，钢材经过两次热加工，易产生较大的残余应力，导致焊缝附近易发生脆性破坏。虽然节点自身构造意使塑性铰出现在梁端，但焊缝处的应力集中却影响了塑性铰的发展。(2)外环板式节点由于节点自身的构造特点，适应性和灵活性较差。节点需要足够大的水平环板以保证节点的强度，用钢量明显增大。此外，外环板的设置使位于边角处的节点布置困难，给建筑设计带来了不必要的麻烦，室内角部有凸角出现，影响美观(3)隔板贯通式节点上下外伸的隔板将柱身截断，对于柱身有一定的削弱，但整体节点区段可以工厂预制，施工过程比较简单，另外还有助于实现高层建筑中柱截面尺寸的变化。节点构造形式简单，制作方便，室内空间布置灵活。梁翼缘受力直接传递至柱侧，传力机制明确，有利于梁端弯矩和剪力的传递，减少了钢管柱壁的局部变形，保证了节点的工作性能。但也存在焊接工作量大，下翼缘焊缝需两次施焊，焊接质量不易保证等缺点。鉴于传统的栓焊混合连接节点受焊缝影响抗震性能较差，国内一些人提出用全螺栓节点进行施工。实际工程经验表明全螺栓节点受力性能较好，避免了焊缝尤其是下翼缘焊缝缺陷的影响。但是由于需要加工和施工大量螺栓和螺栓孔，因此造价很高；并且由于螺栓安装需要较长的外伸隔板，因此对螺栓加工精度，现场梁柱安装定位精度要求非常高，一旦柱子倾斜或者梁不能对中，施工将十分困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，在隔板贯通节点的基础上，提供一种施工较为快捷，结构更合理的矩形钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点的连接及施工方法。本发明的技术方案如下:一种矩形钢管混凝土柱-钢梁连接节点，包括上贯通隔板(3)、下贯通隔板(4)、连接板(5)、高强螺栓(6)，其特征在于，上贯通隔板(3)、下贯通隔板(4)贯穿矩形钢管混凝土柱(I)柱壁，并与柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板(5 )连接在矩形钢管混凝土柱(I)柱侧壁与钢梁(2)腹板之间，其特征在于，下贯通隔板(4)通过高强螺栓(6)到钢梁(2)的下翼缘，上贯通隔板(3)通过剖口焊缝连接到钢梁(2)的上翼缘。本发明同时提供上述的连接节点的两种施工方法，一种为:I)根据矩形钢管混凝土柱(I)的尺寸加工上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)，在没有梁连接的柱侧，然后通过四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽；2)上贯通隔板(3)通过圆弧过渡到与钢梁齐宽后并向外伸；3)在下贯通隔板(4)上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到；4)将上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)与矩形钢管混凝土柱(I)的柱壁通过剖口焊缝连接；5)根据上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)的间距加工连接板(5)，连接板(5)与柱侧壁用剖口焊缝或角焊缝连接；6)在钢梁(2)下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔需与下贯通隔板(3)上孔对应；7)在钢梁(2)上翼缘切削和开槽，切削和开槽长度同上贯通隔板(3)外伸长度匹配；8)将钢梁(2)插入连接板(5)，使钢梁(2)的上翼缘与上贯通隔板(3)对齐，下翼缘位于下贯通隔板(4)之上，钢梁(2)的腹板和连接板(5)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的下翼缘和下贯通隔板(4)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的上翼缘和上贯通隔板(3)对齐，采用剖口焊缝连接。另一种为:I)根据矩形钢管混凝土柱(I)的尺寸加工上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)，在没有与梁连接的柱侧，然后通过四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽；2)上贯通隔板(3)通过圆弧过渡到与钢梁齐宽后并向外伸；3)在下贯通隔板(4)上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到；4)将上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)与矩形钢管混凝土柱(I)的柱壁通过剖口焊缝连接；5)根据上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)的间距加工连接板(5)，连接板(5)与柱侧壁用剖口焊缝或角焊缝连接；6)在钢梁(2)下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔需与下贯通隔板(3)上孔对应；7)在钢梁(2)上翼缘切削和开槽，切削和开槽长度同上贯通隔板(3)外伸长度匹配；8)将钢梁(2)插入连接板(5)，使钢梁(2)的上翼缘与上贯通隔板(3)对齐，下翼缘位于下贯通隔板(4)之上，钢梁(2)的腹板和连接板(5)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的下翼缘和下贯通隔板(4)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的上翼缘和上贯通隔板(3)对齐，采用剖口焊缝连接。本发明提供的节点由于采用下栓上焊混合连接，下翼缘通过与下隔板高强螺栓连接，现场安装就位快，可明显缩短工期，促进装配化进程；上隔板与上翼缘采用现场一道焊缝焊接，降低全螺栓连接因为柱倾斜或者不对中带来的就位困难的问题，上隔板与上翼缘的上表面标高统一便于屋面楼板安装，实现了施工方便的目的，且不需设置过多的连接板，构造简单，传力明确；同时，由于采用了贯通隔板节点，可实现梁端塑性铰外移的要求，使钢梁的破坏先于节点的破坏，保证了节点的安全，达到了“强节点，弱构件”的抗震设防要求。具体而言，有益效果如下:I)该节点由于贯通隔板的存在，增大了节点区的刚度，使塑性铰外移，钢梁的破坏早于节点的破坏，实现了 “强节点弱构件”的抗震准则。2)该节点的贯通隔板与柱壁采用剖口焊，避免了柱壁的多次施焊，减小了柱壁的应力集中和脆性，提高了节点域的延性。3)该节点下翼缘采用高强螺栓连接，现场焊接的工作量减少，节省了人力，提高了施工效率，贯通隔板外伸长度大，通过高强螺栓与钢梁下翼缘连接，使钢梁负弯矩区承载能力极大地加强；同时避免了下翼缘焊缝缺陷的不利影响，有效防止焊接带来的应力集中，提供良好的抗震性能。4)上翼缘与上贯通隔板采用剖口焊缝连接，降低了全螺栓连接由于柱倾斜或不对中等施工误差带来的钢梁无法就位的风险，减小精度敏感性，加快了安装速度。5)该节点可以通过钢梁下翼缘和下隔板连接位置关系变化，形成多种不同连接方式的节点，能够满足不同工程对节点性能和节点施工方式的要求。6)该节点连接板较少，构造简单，传力明确，加工方便，缩短了工期，在各个环节降低了造价。
图1:实施例一侧视图；图2:实施例一 1-1剖面图；图3:实施例一 2-2剖面图；图4:实施例二侧视图；图5:实施例二 3-3剖面图；图6:实施例二 4-4剖面具体实施例方式下面结合附图的实施例对本发明进行说明。本发明提出一种矩形钢管混凝土柱-钢梁下栓上焊隔板贯通连接节点，由以下几部分组成:矩形钢管混凝土柱、钢梁、上贯通隔板、下贯通隔板、连接板和高强螺栓。本发明有两种主要形式，其实现方法如下:1、对于实施例一:参见图1、图2、图3，矩形钢管混凝土柱1、钢梁2、上贯通隔板3、下贯通隔板4、连接板5、高强螺栓6，其中，上贯通隔板3、下贯通隔板4贯穿矩形钢管混凝土柱I柱壁，并与钢管柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板5与柱侧壁焊接，钢梁2腹板与连接板5螺栓连接，下翼缘与下贯通隔板4用高强螺栓6连接，上翼缘与上贯通隔板3用剖口焊缝连接。在上述的梁柱连接节点中，矩形钢管混凝土柱I的矩形钢管为焊接钢板、对接槽钢或冷弯钢管。钢梁2为H型钢梁或工字钢梁。混凝土是普通混凝土、高强混凝土或自密实混凝土。连接板5与柱侧壁采用剖口焊缝或角焊缝连接。本实施例在具体使用时，实施过程为:I)根据矩形钢管混凝土柱I的尺寸加工上贯通隔板3和下贯通隔板4，在没有与梁连接的柱侧，隔板外伸长度可取50_，在与梁连接的柱侧，隔板首先外伸100_，然后通过半径为60mm的四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽；2)上贯通隔板3通过圆弧过渡到与钢梁齐宽后外伸40mm ；3)在下贯通隔板4上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓6的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到；4)将上贯通隔板3和下贯通隔板4与矩形钢管混凝土柱I的柱壁通过剖口焊缝连接；5)根据上贯通隔板3和下贯通隔板4的间距加工连接板5，连接板5与柱侧壁用剖口焊缝或角焊缝连接；6)在钢梁2下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓6的直径，预留孔需与下贯通隔板3上孔对应；7)在钢梁2上翼缘切削和开槽，切削和开槽长度同上贯通隔板3外伸长度匹配；8)将钢梁2插入连接板5，使钢梁2的上翼缘与上贯通隔板3对齐，下翼缘位于下贯通隔板4之上，钢梁2的腹板和连接板5用高强螺栓6连接，钢梁2的下翼缘和下贯通隔板4用高强螺栓6连接，钢梁2的上翼缘和上贯通隔板3对齐，采用剖口焊缝连接。2、对于实施例二:参见图4、图5、图6，矩形钢管混凝土柱1、钢梁2、上贯通隔板3、下贯通隔板4、连接板5、高强螺栓6，其中，上贯通隔板3、下贯通隔板4贯穿矩形钢管混凝土柱I柱壁，并与钢管柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板5与柱侧壁焊接，钢梁2腹板与连接板5螺栓连接，下翼缘与下贯通隔板4用高强螺栓6连接，上翼缘与上贯通隔板3用剖口焊缝连接。在上述的梁柱连接节点中，矩形钢管混凝土柱I的矩形钢管为焊接钢板、对接槽钢或冷弯钢管。钢梁2为H型钢梁或工字钢梁。混凝土是普通混凝土、高强混凝土或自密实混凝土。连接板5与柱侧壁采用剖口焊缝或角焊缝连接。本实施例在具体使用时，实施过程为:
I)根据矩形钢管混凝土柱I的尺寸加工上贯通隔板3和下贯通隔板4，在没有与梁连接的柱侧，隔板外伸长度可取50_，在与梁连接的柱侧，隔板首先外伸100_，然后隔板外伸部分宽度渐缩，使隔板在端部过渡到与钢梁齐宽；2)上贯通隔板3首先外伸100mm，然后隔板宽度渐缩过渡到与钢梁齐宽，渐缩长度IOOmm ；3)在下贯通隔板4上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓6的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到；4)将上贯通隔板3和下贯通隔板4与矩形钢管混凝土柱I的柱壁通过剖口焊缝连接；5)根据上贯通隔板3和下贯通隔板4的间距加工连接板5，连接板5与柱侧壁用剖口焊缝或角焊缝连接；6)在钢梁2下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓6的直径，预留孔需与下贯通隔板3上孔对应；7)在钢梁2下翼缘中部开槽，开槽深度需与螺栓孔位置和插入连接板深度匹配。8)在钢梁2上翼缘对上翼缘进行切削和开槽，切削和开槽长度同上贯通隔板3外伸长度匹配；将钢梁2插入连接板5，使钢梁2的上翼缘与上贯通隔板3对齐，下翼缘位于下贯通隔板4之下，钢梁2的腹板和连接板5用高强螺栓6连接，钢梁2的下翼缘和下贯通隔板4用高强螺栓6连接，钢梁2的上翼缘和上贯通隔板3对齐，采用剖口焊缝连接。
权利要求
1.一种矩形钢管混凝土柱-钢梁连接节点，包括上贯通隔板(3)、下贯通隔板(4)、连接板(5)、高强螺栓(6)，其特征在于，上贯通隔板(3)、下贯通隔板(4)贯穿矩形钢管混凝土柱(I)柱壁，并与柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板(5)连接在矩形钢管混凝土柱(I)柱侧壁与钢梁(2)腹板之间，其特征在于，下贯通隔板(4)通过高强螺栓(6)到钢梁(2)的下翼缘，上贯通隔板(3)通过剖口焊缝连接到钢梁(2)的上翼缘。
2.—种权利要求1所述的连接节点的施工方法，包括: 1)根据矩形钢管混凝土柱(I)的尺寸加工上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)，在没有梁连接的柱侧，然后通过四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽； 2)上贯通隔板(3)通过圆弧过渡到与钢梁齐宽后并向外伸； 3)在下贯通隔板(4)上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到； 4)将上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)与矩形钢管混凝土柱(I)的柱壁通过剖口焊缝连接； 5)根据上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)的间距加工连接板(5)，连接板(5)与柱侧壁用剖口焊缝或角焊缝连接； 6)在钢梁(2)下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔需与下贯通隔板(3)上孔对应； 7)在钢梁(2)上翼缘切削和开槽，切削和开槽长度同上贯通隔板(3)外伸长度匹配； 8)将钢梁(2)插入连接板(5)，使钢梁(2)的上翼缘与上贯通隔板(3)对齐，下翼缘位于下贯通隔板(4)之上，钢梁(2)的腹板和连接板(5)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的下翼缘和下贯通隔板(4)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的上翼缘和上贯通隔板(3)对齐，采用剖口焊缝连接。
3.一种权利要求1所述的连接节点的施工方法，包括: 1)根据矩形钢管混凝土柱(I)的尺寸加工上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)，在没有与梁连接的柱侧，然后通过四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽； 2)上贯通隔板(3)通过圆弧过渡到与钢梁齐宽后并向外伸； 3)在下贯通隔板(4)上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到； 4)将上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)与矩形钢管混凝土柱(I)的柱壁通过剖口焊缝连接； 5)根据上贯通隔板(3)和下贯通隔板(4)的间距加工连接板(5)，连接板(5)与柱侧壁用剖口焊缝或角焊缝连接； 6)在钢梁(2)下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓(6)的直径，预留孔需与下贯通隔板(3)上孔对应； 7)在钢梁(2)上翼缘切削和开槽，切削和开槽长度同上贯通隔板(3)外伸长度匹配； 8)将钢梁(2)插入连接板(5)，使钢梁(2)的上翼缘与上贯通隔板(3)对齐，下翼缘位于下贯通隔板(4)之上，钢梁(2)的腹板和连接板(5)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的下翼缘和下贯通隔板(4)用高强螺栓(6)连接，钢梁(2)的上翼缘和上贯通隔板(3)对齐，采用剖口焊缝连接。
全文摘要
本发明属于建筑结构工程技术领域，涉及一种矩形钢管混凝土柱-钢梁连接节点，包括上贯通隔板(3)、下贯通隔板(4)、连接板(5)、高强螺栓(6)，其特征在于，上贯通隔板(3)、下贯通隔板(4)贯穿矩形钢管混凝土柱(1)柱壁，并与柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板(5)连接在矩形钢管混凝土柱(1)柱侧壁与钢梁(2)腹板之间，其特征在于，下贯通隔板(4)通过高强螺栓(6)到钢梁(2)的下翼缘，上贯通隔板(3)通过剖口焊缝连接到钢梁(2)的上翼缘。本发明同时提供上述节点的两种施工方法。本发明具有现场安装就位快，可明显缩短工期，促进装配化进程的优点。
文档编号E04B1/58GK103161224SQ20131007324
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月7日 优先权日2013年3月7日
发明者陈志华, 罗松, 王小盾, 周婷, 秦颖 申请人:天津大学