[发明专利]中空钢管混凝土柱与钢梁的连接节点及其施工方法

说明书

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；