本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种钢管混凝土柱与柱、钢管混凝土柱与工字梁之间的装配连接结构。
背景技术：
随着我国经济建设的快速发展，传统的钢筋混凝土结构的施工过程对环境污染非常严重，已经不符合国家推行的“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针。而装配式建筑具有节能、环保的特点，很好地顺应了绿色建筑的要求。此外，预制装配式结构在工厂预制完成，可实现预制构件工厂化生产，到工地现场拼装，施工现场的建造过程省去了混凝土浇筑养护和模板支护过程，缩短了工期、提高了混凝土浇筑质量。因为装配式结构具有这些优点，使得国家出台了不少政策鼓励和引导装配式建筑的发展。
传统的钢筋混凝土由于上部结构荷载大，在高层建筑中容易造成肥梁胖柱，影响建筑结构的使用空间。钢管混凝土柱由于外部钢管的存在，混凝土受压膨胀时，钢管限制了混凝土的横向膨胀，使其形成三向受压的状态，大大的提高了混凝土的承载能力。如果将传统钢筋混凝土柱用钢管混凝土柱代替，在承受同样荷载的情况下，钢管混凝土因为其优越的受力性能，将有效的减小柱截面尺寸；如果钢管内混凝土采用高强混凝土填充，柱截面尺寸将进一步明显减少。同时，由于钢管混凝土柱的柱外钢管的存在，也有利于钢管混凝土柱与钢梁的连接。
采用钢管混凝土柱能有效地增大建筑的使用空间和减少结构自重。但是，现有钢管混凝土柱没有适用于装配的连接结构；现有的钢管混凝土柱的制作均为钢管在现场焊接增长，再向钢管内部浇筑混凝土，钢管混凝土柱与钢梁的连接多采用焊接或栓焊结合的方式制作，该方式装配化程度极低，污染严重。同时现场施工的焊接工作量大，现场焊接的焊接质量低下且有时出现施工困难。
中国专利文献cn207211522u于2018年4月10日公开了一种装配式钢管高强混凝土柱，它由预制的标准柱节顺次连接而成，标准柱节包括钢管、浇筑在钢管内的高强混凝土、围设在钢管外侧的加劲筋和浇筑在钢管外的普通混凝土；钢管内壁焊接固定有竖向肋组，钢管外周、沿截面方向围设有水平端板(即钢筋套筒)，水平端板上均匀间隔开设有通孔，加劲筋穿过通孔、沿钢管长度方向、通长设置，加劲筋一端伸出标准柱节，另一端设置有半灌浆套筒，与相邻标准柱节伸出的加劲筋连接。
该专利不足之处在于：1、该专利将柱身预制成为标准柱节，柱身接长仅靠加劲筋的套筒灌浆，所有的套筒灌浆位置均在同一高度，由于加劲筋的半套筒灌浆的质量不如未截断的钢筋质量好，这种将所有加劲筋半套筒灌浆设置在同一位置的方式存在安全隐患；2、标准柱节内层的钢管断开，钢管混凝土柱纵向没有支护连接，钢管外侧需要的加劲筋较密集，采用半套筒灌浆的方式接长加劲筋，需要的灌浆长度较长，且制作过程麻烦，灌浆之后还需要等到灌浆料达到预定强度才能继续施工，影响施工进度；3、由于钢管外侧存在加劲筋和水平端板，标准柱节外侧的普通混凝土所需厚度较大，才能有效的将加劲筋和水平端板包覆在混凝土内部，故不能有效的减小柱身尺寸。
技术实现要素：
针对现有钢管混凝土柱无法装配连接或装配连接存在安全隐患的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种钢管混凝土柱的连接结构，它在施工现场能够实现装配连接，且装配连接安全可靠、操作简便。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括钢管柱上段、钢管柱下段和内套筒，钢管柱上段底部设有上法兰盘；钢管柱下段顶部的端面上设有上加强环板，上加强环板具有下法兰板，在上加强环板的下方钢管柱上固接有与上加强环板平行的下加强环板，上加强环板与下加强环板之间设有竖直的腹板，上加强环板、下加强环板和腹板的对称伸长段构成连接工字梁的悬臂梁；内套筒跨接置于在钢管柱上段与钢管柱下段的拼接段内部，内套筒上部与钢管柱上段用螺栓固定，内套筒下部与钢管柱下段用螺栓固定，钢管柱上段的上法兰盘与钢管柱下段的下法兰板通过螺栓连接。
钢管柱下段和钢管柱上段均设有对应的法兰，通过螺栓将上法兰盘和下法兰板连接在一起，钢管柱下段的悬臂梁同时实现了工字梁的连接。通过对钢管混凝土柱的法兰连接进行计算，现钢管混凝土柱仅通过法兰连接时，在结构自重和地震作用等的综合作用下，法兰所需要的螺栓个数较多且螺栓直径较大，导致法兰上螺栓不方便布置，因此本发明通过增加内套筒的连接来减少法兰受力。由于内套筒的存在，柱身连接处刚度增强，不仅减小了法兰承受的来自柱上的荷载，同时也减小了法兰的变形。
由于本发明采用法兰连接和内套筒连接组合的形式，减少了柱身法兰的受力，同时具有良好的力学性能，装配连接安全可靠；不用设置复杂的加劲筋和钢筋套筒，不用灌浆接长柱身，也不需养护等待灌浆料达到一定强度。
本发明的技术效果是，实现了钢管混凝土柱与柱、钢管混凝土柱与工字梁之间的装配连接，装配连接安全可靠；装配操作简便。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明悬臂梁与工字梁的连接结构图；
图3为上加强环板的仰视图；
图4为下加强环板的剖视图；
图5为内套筒在钢管柱下段的连接结构图；
图6为本发明的梁柱连接节点图。
图中，a、钢管柱上段，b、钢管柱下段，c、内套筒，1、上法兰盘，2、上加强环板，21、下法兰板；22、螺栓孔，23、加劲板，24、削弱区，3、下加强环板，31、外环板，32、内环板，33、内加劲板，34、预留孔，4、腹板，5、悬臂梁，6、削弱区，7、第一槽钢拼接板，8、第二槽钢拼接板，9、工字梁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括钢管柱上段a、钢管柱下段b和内套筒c，钢管柱上段a底部设有上法兰盘1；钢管柱下段b顶部的端面上设有上加强环板2，上加强环板2具有下法兰板21，在上加强环板2的下方钢管柱上固接有与上加强环板2平行的下加强环板3，上加强环板2与下加强环板3之间设有竖直的腹板4，上加强环板2、下加强环板3和腹板4的对称伸长段构成连接工字梁的悬臂梁5；内套筒c跨接置于在钢管柱上段a与钢管柱下段b的拼接段内部，内套筒c上部与钢管柱上段a用螺栓固定，内套筒c下部与钢管柱下段b用螺栓固定，钢管柱上段a的上法兰盘1与钢管柱下段b的下法兰板21通过螺栓连接。
如图2所示，本发明悬臂梁与工字梁的连接结构包括悬臂梁5、第一槽钢拼接板7、第二槽钢拼接板8和工字梁9，悬臂梁5正面的上、下翼缘与第一槽钢拼接板7上、下翼缘焊接，第一槽钢拼接板7伸长段的翼缘通过螺栓与工字梁9正面的翼缘联接；工字梁9背面的上、下翼缘与第二槽钢拼接板8上、下翼缘焊接，第一槽钢拼接板8伸长段的翼缘通过螺栓与悬臂梁5背面翼缘联接；悬臂梁5和第一槽钢拼接板7的腹板通过螺栓与第二槽钢拼接板8伸长段腹板联接，工字梁9和第二槽钢拼接板8的腹板通过螺栓与第一槽钢拼接板7伸长段腹板联接。
如图2所示，第一槽钢拼接板7和第二槽钢拼接板8为“匚”形，形状相同。第一槽钢拼接板7和第二槽钢拼接板8对应设置在悬臂梁和工字梁内部，二者在腹板两侧背靠背布置。为方便现场对工字梁9与悬臂梁5的装配，第一槽钢拼接板7的1/2上、下翼缘分别焊接于悬臂梁正面的上、下翼缘上，第二槽钢拼接板8的1/2上、下翼缘分别焊接于工字梁9背面的上、下翼缘上。两块槽钢拼接板的位置分别对应在悬臂梁和工字梁腹板的异侧，在工厂内焊接完成。
如图1所示，上法兰盘1与钢管柱上段a的外壁之间焊接加劲板，加劲板能有效地减少上法兰盘的变形，加劲板设置在上法兰盘上相邻两个螺栓孔的中间。
如图3所示，上加强环板2的下法兰板21圆周上预留螺栓孔22，螺栓孔位置与上法兰盘1的螺栓孔位置对应，在上加强环板2下方与钢管柱下段b的外壁之间焊接加劲板23，用于增加上加强环板的刚度，减小上加强环板变形；在悬臂梁5的上加强环板2和下加强环板3上设置削弱区6，这个削弱区俗称“狗骨”，通过设置狗骨能保证地震作用下梁柱节点区梁先屈曲，形成强柱弱梁。
如图4所示，下加强环板3包括外环板31和内环板32，内环板32在钢管柱下段b内，用于增强钢管与内部混凝土的相互作用，防止梁上荷载作用时导致钢管外壁被拉脱(钢管外壁与混凝土分离)。内环板32提前焊接在钢管的内壁，为了使混凝土能浇筑密实，在内环板32上均匀开设预留孔34，为了保障钢管与混凝土在内环板32处有良好的粘结和相互作用，故在内环板32的预留孔之间焊接内加劲板33，内加劲板33高度低于内套筒c所在位置。
如图5所示，内套筒下部与钢管柱下段b的连接采用单边螺栓连接，其具体形式是：用一根螺杆贯通整个钢管柱，在钢管柱外壁用螺帽压紧螺杆，避免钢管内部使用螺帽。由于单边螺栓连接时螺杆采用贯通布置，为了避免螺杆在管筒内部发生干涉，内套筒下部预留的螺栓孔以及钢管壁上的螺栓孔依次存在适当的高度差。为了方便钢管混凝土柱的拼装，内套筒c上部与钢管柱上段a采用高强螺栓连接。
本发明在工厂内制作的部件有：钢管柱上段a与上法兰盘1的焊接；内套筒c、钢管柱上段a、钢管柱下段b的螺栓孔；内环板32焊接在钢管的内壁、外环板31焊接在钢管的外壁；上加强环板2焊接在钢管顶部端面，腹板4焊接在上加强环板2与下加强环板3之间；第一槽钢拼接板、第二槽钢拼接板、悬臂梁和工字梁开设螺栓孔；用角焊缝将第一槽钢拼接板8的1/2上下翼缘焊接于悬臂梁的正面上、下翼缘上，将第二槽钢拼接板9的1/2上下翼缘焊接于工字梁的背面上、下翼缘上。
本发明的装配过程(施工现场安装)如下：
1、将内套筒c套入钢管柱上段a中，用高强螺栓连接内套筒和外钢管，并将螺栓杆朝钢管内部，螺栓杆选用比实际需要的杆长更长一些，浇筑混凝土后多余的螺栓杆会被锚固在混凝土内，增强钢管与混凝土的相互作用；
2、将连接好内套筒的上钢管柱与下钢管柱进行对接，进行上法兰盘1的螺栓孔对位，完成定位后用高强螺栓将上法兰盘1与下法兰板21栓接；
3、采用单边螺栓将下钢管与内套筒c连接在一起，用螺栓杆穿过钢管与内套筒预留的螺栓孔，将螺母拧在钢管外侧露出的螺杆上，完成柱身钢管柱的连接；
4、将工字梁梁端吊装到柱身悬臂梁处，此时，悬臂梁上焊接的第一槽钢拼接板的上翼缘和悬臂梁的正面下翼缘可作为就位板使用；工字梁对位完成后，用高强螺栓连接第一槽钢拼接板与工字梁、连接第二槽钢拼接板与悬臂梁。
1.5、钢管柱上段a和钢管柱下段b灌装混凝土。在钢管拼接完成后，再向钢管柱内填充混凝土，这样的制作方式由于钢管混凝土柱体系的外钢管的存在，能够承担继续向上施工的施工荷载，不需要等待钢管柱内的混凝土养护到一定强度后再进行后面的施工。同时，工地吊装时仅需将各钢构件吊装到位即可，不用再吊装含混凝土的构件，这样的构件轻，方便现场吊装。
通过上述步骤1～3，实现了钢管混凝土柱的柱身钢管联接；通过步骤4，实现了柱身与工字梁的联接，通过步骤5形成钢管混凝土柱。经过上述步骤，得到如图6所示的梁柱连接节点图。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实现了钢管柱上段与钢管柱下段、钢管柱与工字梁的全螺栓连接，施工现场不存在焊接；焊接部分均在工厂完成，这样的工艺设计不仅焊接方便，且有效地保证了焊接质量。现场仅用螺栓就能完成所有连接，钢管柱与钢管柱、钢管柱和工字梁连接完成后即可形成受力体系，同时由于钢管混凝土柱的外钢管已经安装完成，现场浇筑混凝土不再需要支撑模板，管内混凝土浇筑完成后无需养护等待，钢管柱上段和工字梁等可继续施工，施工方便快捷。
钢管柱连接处采用法兰加内套筒组合的连接方式，降低了法兰盘受力，增强了柱身连接区段的刚度，本发明在连接区不会出现受力破坏和变形过大等问题。同时，节点区内部设置的内环板和螺栓杆等细部构造增强了梁柱节点的强度，保证结构在使用过程中不出现梁柱节点破坏。
工字梁与悬臂梁采用槽钢拼接板的连接方式，槽钢拼接板与需要连接的工字梁和悬臂梁预留螺栓孔，两个槽钢拼接板在悬臂梁和工字梁的异侧焊接，安装工字梁时仅需要将工字梁吊装到位，用高强螺栓将两侧槽钢拼接板栓接，施工方便、快捷。槽钢拼接板与现有的断开拼接板相比，槽钢拼接板整体性好，对梁上连接部位有加强作用。