一種鋼管混凝土柱與外包u形鋼混凝土組合梁連接節點的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁，尤其是一種鋼管 混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節點。
【背景技術】
[0002] 鋼管混凝土柱是指在鋼管內填充混凝土而形成的豎向構件，具有承載力高、塑性 和延性好、剛度大、施工方便、耐火性能好等優點，近年來受到了工程界的廣泛關注，在多高 層建筑、橋梁工程中得到越來越多的應用。根據截面形式不同，鋼管混凝土柱可以分為圓鋼 管混凝土柱、矩形鋼管混凝土柱以及多邊形鋼管混凝土柱。外包U形鋼混凝土組合梁是將 鋼板直接焊接或冷彎成帶外翻邊的U形鋼，然后在U形鋼內部及其上翼緣上部澆筑混凝土， 并通過抗剪連接件將U形鋼與T形截面混凝土連接在一起共同承擔荷載，具有強度高、穩定 性好、延性好、耐火性好、施工便捷等優越的性能。因而，由鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝 土組合梁形成的結構體系具有以下顯著的優越性：
[0003] (1)能充分發揮鋼材、混凝土兩種材料的特性，材料消耗少：外包U形鋼混凝土組 合梁與鋼管混凝土柱承載力高、剛度大，使得構件截面大幅度減小，不僅有效增大了空間使 用面積，而且減少了鋼材和混凝土的用量，有效降低了資源的消耗；
[0004] (2)工業化生產程度高：外包U形鋼與鋼管均可在工廠生產，其機械化、商品化程 度較高，質量可靠穩定，有利于實現建筑技術的集成化和產業化；
[0005] (3)耐火性能增強：外包U形鋼與鋼管內填充的混凝土是較好的耐火材料，可吸收 熱量，延長構件的升溫時間，增強結構的耐火性能；
[0006] (4)施工能耗低，施工速度快：外包U形鋼與鋼管不僅是受力構件，而且均可作為 澆筑混凝土的模板，另外U形鋼外伸的上翼緣可兼做樓板模板的支承，從而減少模板用量、 腳手架搭設及支模工序，減少現場濕作業量、噪聲和粉塵，符合綠色生態文明環保的建筑施 工要求；
[0007] (5)材料回收利用率較高：該類結構部分材料是鋼材，屬于再生材料，當建筑物壽 命周期結束時，其結構鋼材可被回收利用；
[0008] (6)可采用與結構體系配套的輕質墻板、復合樓板等新型材料，具有良好的隔音保 溫性能，符合建筑節能的要求。
[0009] 由此可見，鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁形成的結構體系具有良好的 社會效益和經濟效益。特別是隨著國民經濟建設的高速發展、住宅產業化的推廣，這種綠色 結構體系的應用前景將十分廣闊。
[0010] 在結構體系中，節點對結構來說無疑是最重要的，是結構構件間的傳力樞紐，直接 關系到結構的工作性能和安全性，合理的節點形式是開拓新型結構體系的前提。然而，目前 國內外還沒有外包U形鋼混凝土組合梁與鋼管混凝土柱形成的結構體系的應用實例和相 關研宄資料，主要是因為可用的節點形式非常匱乏。因此，隨著對構件研宄的不斷深入，研 宄外包U形鋼混凝土組合梁與鋼管混凝土柱連接節點的合理構造形式，是開拓、推動這種 綠色結構體系在工程中應用的關鍵技術，具有重要的理論意義和實用價值。
[0011] 目前，有三種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁的連接節點形式：（1)在組 合梁底板位置處的鋼管外側設置下加強環板，并與組合梁底板搭接焊，組合梁側板與鋼管 壁直接焊接，負彎矩鋼筋通過在鋼管壁上打孔連續貫通節點區；（2)在組合梁底板與翼板 負彎矩鋼筋位置處的鋼管外側設置上下加強環板，組合梁底板與下加強環板搭接焊，負彎 矩鋼筋在節點區斷開，并與上加強環板焊接，組合梁側板與鋼管壁直接焊接；（3)對于寬扁 梁，在節點上焊接類似"扁擔"的負彎矩鋼板，在組合梁底板位置處的鋼管外側設置外環板， 組合梁底板與外環板焊接、上翼緣及側板采用角焊縫與鋼管壁直接連接。
[0012] 現有的鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節點的可用形式很少。雖然 鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁的連接可以借鑒上述三種連接節點的構造處理， 但是這三種節點形式存在以下缺點。
[0013] 1、結構形式（1):負彎矩鋼筋貫通型
[0014] (1)由于組合梁底板與下加強環板采用搭接焊，在地震荷載作用下，焊縫容易開 裂，無法滿足抗震要求；
[0015] (2)由于負彎矩鋼筋全部貫通節點區，鋼管壁上開洞數量多，因而對鋼管承載力消 弱較大，需要采取相應的補強措施，如補焊鋼板、加勁肋、鋼筋等，不僅增加了用鋼量，而且 增大了施工難度；
[0016] (3)由于組合梁側板與鋼管壁采用焊縫連接，現場焊接工作量大，不僅費力費時， 而且焊縫質量難以保證，不利于大型工程使用。
[0017] 2、結構形式（2):負彎矩鋼筋與加強環板焊接型
[0018] (1)由于組合梁底板與下加強環板采用搭接焊，在地震荷載作用下，焊縫容易開 裂，無法滿足抗震要求；
[0019] (2)由于負彎矩鋼筋焊接在上加強環板上，以實現鋼筋傳遞彎矩，所以這種焊接的 質量要求很高。但是鋼筋的焊接通常為現場焊，不僅焊接質量難以保證，而且由于鋼筋的重 力作用，焊接操作困難。另外，組合梁側板與鋼管壁也采用焊縫連接，進一步增加了現場的 焊接工作量。這種需大量焊接操作的節點結構費力費時，導致施工周期長，不利于大型工程 使用。
[0020] 3、結構形式（3):負彎矩鋼板型
[0021] (1)由于節點中的負彎矩鋼筋由類似"扁擔"的負彎矩鋼板代替，而負彎矩鋼板需 焊接在U形鋼的外伸上翼緣及鋼柱側壁上，因此，該類型節點只適用于寬扁梁，無法適用于 普通尺寸的外包U形鋼混凝土組合梁，適用范圍非常有限。另外，負彎矩鋼板需焊接在組合 梁和鋼管上，進一步增加了現場的焊接工作量；
[0022] (2)由于組合梁側板與鋼管壁采用焊縫連接，現場焊接工作量大，不僅費力費時， 而且焊縫質量難以保證，不利于大型工程使用。
【發明內容】
[0023] 本發明要解決的技術問題，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種鋼管混 凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節點，該節點在保證連接強度的情況下，可以避免 鋼管壁產生層狀撕裂以及鋼管壁板的外表面變形，避免了鋼管側壁開孔對其承載力的削 弱，并能有效傳遞載荷，減少現場焊接工作量。
[0024] 本方案是通過如下技術措施來實現的：該鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合 梁連接節點包括貫通隔板和水平加勁板，所述貫通隔板和水平加勁板上分別設置有澆筑孔 和透氣孔，所述貫通隔板中沿組合梁長度方向的相對兩端分別與切肢后的U形鋼底板通過 對接焊縫連接，所述貫通隔板的上下兩端面分別與上下兩鋼管焊接；所述鋼管中沿組合梁 長度方向的相對兩端分別對應設置有可與負彎矩鋼筋端部活動連接的套筒，所述套筒與鋼 管的外壁焊接，所述水平加勁板位于鋼管內腔與套筒位置對應處并與鋼管內壁焊接固定。
[0025] 上述套筒的中心線與負彎矩鋼筋的中心線重合。
[0026] 上述套筒與負彎矩鋼筋端部的活動連接為螺紋連接。
[0027] 上述U形鋼的兩側板通過高強螺栓連接有連接板，所述連接板通過焊接方式與鋼 管混凝土柱中的鋼管外壁連接。
[0028] 上述連接板與鋼管混凝土柱中的鋼管外壁的焊接方式為角焊。
[0029] 上述U形鋼底板的切肢長度為：沿組合梁的長度方向，貫通隔板的一端伸出鋼管 外壁的長度。
[0030] 上述貫通隔板在隔板變截面處設置圓弧倒角，所述圓弧倒角的半徑大于或等于 35mm〇
[0031] 上述貫通隔板和U形鋼底板的對接焊縫與圓弧倒角的圓弧端點之間的距離L大于 或等于20_。
[0032] 上述上下兩鋼管與貫通隔板的上下兩端面的焊接為帶剖口的對接焊縫連接，所述 套筒與鋼管外壁采用的焊接方式為部分焊透與角接組合焊縫連接。
[0033] 上述鋼管的橫截面為矩形、圓形或多邊形。
[0034] 本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，該鋼管混凝土柱與外包U形鋼 混凝土組合梁連接節點中，為了避免鋼管壁產生層狀撕裂以及柱壁板的外表面變形，在組 合梁底板處的鋼管內設置貫穿鋼管的貫通隔板，鋼管在貫通隔板處斷開，上下兩鋼管與貫 通隔板的上下兩端面采用帶剖口的對接焊縫連接，U形鋼底板切肢后與貫通隔板采用對接 焊縫連接，其焊縫不易開裂，連接強度高，抗震性能好。此外，所述鋼管中沿組合梁長度方向 的相對兩端分別對應設置有可與負彎矩鋼筋端部活動連接的套筒，所述套筒與鋼管的外壁 焊接，該焊接工作在工廠完成，從而減少了現場焊接工作量。這種結構形式可以降低因在鋼 管側壁上開孔造成對鋼管承載力的削弱，同時又減少焊接工作量、便于施工與實現裝配化。 為了進一步減少現場焊接工作量，U形鋼側板與鋼管壁通過連接板采用高強螺栓連接，連接 板通過角焊縫與鋼管壁連接，焊接在工廠內完成。為了有效傳遞荷載，在鋼管內腔與套筒位 置對應處固定焊接有水平加勁板。由此可見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特 點和顯著的進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明【具體實施方式】的主視結構示意圖。
[0036] 圖2為圖1中A-A剖面圖。
[0037] 圖3為圖1中B-B剖面圖。
[0038] 圖4為圖1的左視結構示意圖。
[0039] 圖5為圖1的俯視結構示意圖。
[0040] 圖6為本發明【具體實施方式】的立體局部剖視結構示意圖。
[0041] 圖7為貫通隔板的結構示意圖。
[0042] 圖8為水平加勁板的結構示意圖。
[0043] 圖9為澆筑混凝土后節點的主視結構示意圖。
[0044] 圖10為澆筑混凝土后節點的左視結構示意圖。
[0045] 圖11為試件A-1的滯回曲線。
[0046] 圖12為試件B-1的滯回曲線。
[0047] 圖13為試件C-1的滯回曲線。
[0048] 圖14為三個試件的骨架曲線。
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