一种预应力混凝土梁托钢柱连接节点

1.本实用新型涉及预应力混凝土梁技术领域，尤其是涉及一种预应力混凝土梁托钢柱连接节点。


背景技术：

2.随着社会经济的不断发展，人们对建筑使用功能的要求不断改变，因此需对既有建筑进行改造加固。加固工程中，为满足建筑功能，或减小梁的荷载作用效应，通常需要在既有混凝土梁上增设钢柱。我国上个世纪的结构形式大多为砌体结构和普通混凝土结构，对于这两种结构形式，工程技术人员已设计出适用的梁上立钢柱的构造措施。至于预应力混凝土结构，其加固改造工程较为少见，对于预应力混凝土梁上立钢柱的工程情况，提供一种安全可靠的构造措施是当前亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预应力混凝土梁托钢柱连接节点，该连接节点适用于建筑结构改造时，在预应力混凝土梁上新增钢柱的工况，并具有安全、可靠、稳定等优点。
4.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种预应力混凝土梁托钢柱连接节点，包括预应力混凝土梁和设于预应力混凝土梁中的预应力筋，其特征在于，还包括垂直设于预应力混凝土梁上的钢柱，设于预应力混凝土梁四周的钢套箍，用以固定预应力混凝土梁与钢套箍的对拉螺栓和化学锚栓，以及用以连接钢柱与钢套箍的加劲肋，所述加劲肋设于所述钢柱的底部，所述钢套箍垂直于所述预应力混凝土梁的轴线方向的两侧设有钢梁。
6.优选地，在平行于所述预应力混凝土梁的轴线方向上，所述钢套箍与所述预应力混凝土梁采用对拉螺栓连接，在垂直于所述预应力混凝土梁的轴线方向上，所述钢套箍与所述预应力混凝土梁采用化学锚栓连接，在平行于所述预应力混凝土梁的轴线方向，所述钢套箍沿所述钢柱的外壁一侧的长度不小于所述预应力混凝土梁的高度。
7.优选地，所述钢套箍包括u型箍和钢板，所述钢板设于所述u型箍的两个竖直板的顶部之间，并采用坡口全熔透焊连接。
8.优选地，所述钢梁沿垂直于所述预应力混凝土梁方向设置在所述钢套箍的两侧。
9.优选地，本实用新型预应力混凝土梁托钢柱连接节点还包括隅撑，所述隅撑设于楼板下方，并与钢套箍、钢梁焊接连接。
10.优选地，所述钢柱的中心与所述钢套箍的中心位于同一铅垂线上。
11.优选地，所述预应力混凝土梁的折算线刚度不小于所述钢柱的线刚度的三倍。
12.优选地，多个所述加劲肋对称设置在所述钢柱的四个角部，各所述加劲肋的厚度不小于16mm，各所述加劲肋与所述钢套箍、所述钢柱采用坡口全熔透焊。
13.优选地，所述对拉螺栓的直径不大于20mm。
14.优选地，所述化学锚栓的直径不大于16mm。
15.本实用新型提供的预应力混凝土梁托钢柱连接节点，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
16.1)本实用新型在平行于预应力混凝土梁的轴线方向上，为平衡钢柱底部弯矩，将钢套箍与预应力混凝土梁采用对拉螺栓连接，并在垂直于预应力混凝土梁轴线方向上，设置钢梁在钢套箍两侧上，该方向上钢套箍与预应力混凝土梁的连接采用化学锚栓，结合在钢柱四个角部设置加劲肋，可将钢柱底部弯矩传递给钢套箍，进而有效传递钢柱所传来的荷载，提高预应力混凝土梁与钢柱连接的安全性、可靠性，适用于在预应力混凝土梁上增设钢柱的工况；
17.2)为保证预应力混凝土梁在钢柱周边一定范围内的刚度，在平行于预应力混凝土梁轴线方向，钢套箍沿钢柱边一侧的长度不小于预应力混凝土梁高，设置钢套箍可增加该区域预应力混凝土梁的抗剪承载力，避免该区域的混凝土在外荷载作用下发生剪撬破坏；
18.3)采用隅撑连接钢套箍和钢梁腹板，可加强钢梁与钢套箍的连接，并可作为后续补浇楼板时的支撑；
19.4)钢柱与钢套箍的焊缝形式采用坡口全熔透焊，加劲肋与钢套箍、钢柱采用坡口全熔透焊，可保证焊缝质量，增加节点域的刚度。
附图说明
20.图1为实施例中预应力混凝土梁托钢柱连接节点的结构示意图；
21.图2为图1的a
‑
a剖面图；
22.图3为图1的b
‑
b剖面图；
23.图4为实施例中钢套箍的结构示意图；
24.图5为实施例中隅撑的结构示意图；
25.图6为图5的a
‑
a剖面图；
26.图中标号所示：
27.1、预应力混凝土梁；2、预应力筋；3、钢套箍；31、u型箍；32、钢板；4、钢柱；5、钢梁；6、加劲肋；7、对拉螺栓；8、化学锚栓；9、隅撑。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
29.实施例
30.本实用新型涉及一种预应力混凝土梁托钢柱连接节点，包括预应力混凝土梁1、预应力筋2、钢柱4、钢梁5、钢套箍3、对拉螺栓7、化学锚栓8、加劲肋6和隅撑9。
31.预应力筋2设置在预应力混凝土梁1中。钢套箍3套设在预应力混凝土梁1的四周，并通过拉螺栓7、化学锚栓8固定在预应力混凝土梁1上。钢柱4垂直设置在预应力混凝土梁1上，为将钢柱4的底部弯矩传递给钢套箍3，在钢柱4的四个角部设置加劲肋6。加劲肋6同时
可增大节点域的刚度，规定加劲肋6的厚度不宜小于16mm，加劲肋6应与钢套箍3、钢柱4采用焊接方式连接。钢柱4的中心宜与钢套箍3的中心位于同一铅垂线上。
32.如图4所示，钢套箍3由u型箍31和钢板32焊接组成，钢板32设置在u型箍31两个竖直板的顶部之间，并采用坡口全熔透焊连接。焊接后的钢套箍3的尺寸、形状与预应力混凝土梁1的外部尺寸、形状相匹配。为增大预应力混凝土梁1的刚度并保证焊缝的可靠性，规定钢套箍3的厚度不小于20mm。如图1～3所示，为保证预应力混凝土梁1在钢柱4周边一定范围内的刚度，规定在平行于预应力混凝土梁1的轴线方向，钢套箍3沿钢柱4边一侧的长度不应小于预应力混凝土梁1的高度。同时，在该范围设置钢套箍3可以增加该区域预应力混凝土梁的抗剪承载力，避免该区域的混凝土在外荷载作用下发生剪撬破坏。
33.在本实施例中，作为优选方案，为避免预应力混凝土梁1承受钢柱4产生的扭矩，且便于加劲肋6的焊接，钢柱4宜与钢套箍3在预应力混凝土梁1上居中布置。同时为增强焊缝强度，保证焊接质量，钢柱4与钢套箍3的焊缝形式应采用坡口全熔透焊。加劲肋6与钢套箍3、钢柱4采用坡口全熔透焊。
34.在本实施例中，作为优选方案，为平衡钢柱4在垂直于预应力混凝土梁1的轴线方向的柱底弯矩，在钢套箍3的两侧设置钢梁5，钢梁5与预应力混凝土梁1采用铰接连接。为增大该区域预应力混凝土梁1的抗剪承载力，避免混凝土梁1在外荷载作用下发生剪撬破坏，化学锚栓8宜布置在预应力混凝土梁1的3/4梁高范围内。
35.在本实用新型中，平行于预应力混凝土梁1的轴线方向，钢柱4的底部弯矩仅靠预应力混凝土梁1自身来平衡，故该方向上钢套箍3与预应力混凝土梁1的连接采用对拉螺栓7，对拉螺栓7在钢套箍3位于预应力混凝土梁1的顶部的钢板32处采用穿孔塞焊；垂直于预应力混凝土梁1的轴线方向，为平衡钢柱4的柱底弯矩，钢套箍3两侧会设置钢梁5，故该方向上钢套箍3与预应力混凝土梁1的连接可采用化学锚栓8，植入深度不小于10d(d为钢筋直径)。为减小对预应力混凝土梁1的损伤，同时便于锚固，对拉螺栓7的直径不宜大于20mm，化学锚栓8的直径不宜大于16mm。
36.为加强钢梁5与钢套箍3的连接，在钢梁5与钢套箍3之间设置隅撑9，为便于连接，隅撑9宜采用单角钢，且应焊接连接。隅撑9同时可作为之后补浇楼板时的支撑。隅撑9的结构如图5、6所示。
37.本实用新型通过设置钢套箍、钢梁、对拉螺栓等构件来传递钢柱所传来的荷载，同时设置隅撑来加强连接，构造措施安全可靠。适用于在预应力混凝土梁上增设钢柱的工况。
38.作为优选实施方案，对于混凝土梁上立钢柱的工况，结构模型计算时，通常将钢柱4的底部设定为铰接。为此，对预应力混凝土梁1上立钢柱4的节点区域，应满足强梁弱柱的假定，也即预应力混凝土梁1的线刚度不应小于钢柱4的线刚度的3倍。对于包含钢套箍3的预应力混凝土梁1，其折算线刚度的计算公式为：ib＝(ecic+epip+esis)/l，钢柱的线刚度为ic＝esic/hc。
39.ib为预应力梁的线刚度，ec为混凝土的弹性模量，ic为预应力混凝土梁的惯性矩，ep为预应力筋的弹性模量，ip为预应力筋的惯性矩，es为普通钢筋的弹性模量，is为普通钢筋的惯性矩。ic为钢柱的线刚度，hc为钢柱几何高度。l为预应力混凝土梁的长度。
40.预应力混凝土梁上立钢柱的施工过程，可优先采用以下步骤：
41.(1)根据设计要求准备钢套箍、加劲肋、隅撑、对拉螺栓等材料；
42.(2)在钢套箍拟安装位置切割楼板并断开楼板钢筋；
43.(3)安装u型箍和钢板，焊接形成钢套箍，并在钢套箍内侧灌注结构胶；灌注结构胶可保证钢套箍与预应力混凝土梁的连接可靠性。
44.(4)安装对拉螺栓和化学锚栓，其中对拉螺栓在钢板顶板(即钢套箍位于预应力混凝土梁顶部的钢板)采用穿孔塞焊；
45.(5)安装钢套箍两侧钢梁，同时焊接隅撑；
46.(6)安装钢柱并焊接加劲肋；
47.(7)用同楼板钢筋直径的l形短钢筋将楼板钢筋焊接连接至钢套箍；
48.(8)采用细石混凝土补浇已切割楼板。
49.为保证新增构件工作时不存在初始应力，所述施工过程优先选择在预应力混凝土梁处于水平状态下进行。预应力混凝土梁上立钢柱施工时，部分活荷载已清除，此时预应力混凝土梁在重力荷载和预应力荷载共同作用下可能存在反拱和下挠两种平衡状态，施工时可根据预应力混凝土梁实际所处的平衡状态来采用配重或预顶的施工措施。
50.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。