[发明专利]一种圆钢管约束型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点结构

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构设计技术领域，涉及一种圆钢管约束型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点结构

背景技术

钢—混凝土组合结构中，传统竖向承重柱主要包括钢管混凝土柱和型钢混凝土柱两种形式。这两种组合柱承载力高、抗震性能好、造价适中，为结构工程师所青睐，成为高层建筑框架柱的首选构件形式。但是，随着工程实践的积累和高强结构材料的发展，它们逐渐表现出了一定的局限性。钢管混凝土的延性优于钢筋混凝土，然而钢管混凝土柱中钢管在进入弹塑性阶段后才对核心混凝土产生有效的约束作用，约束效果不强，且钢管与混凝土共同承担轴向荷载易引起钢管板件屈曲，导致柱子抗震性能下降。钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接时，节点常采用穿筋式和外加强环式两种，节点设计复杂，施工难度大。型钢混凝土柱中则需设钢筋笼以保证混凝土与型钢的共同作用，致使截面型钢和钢筋分布密集，混凝土浇筑和振捣困难，且型钢混凝土柱中混凝土受约束不足，导致轴压比限值偏低，不能充分利用钢材和混凝土的承载能力。

在长期的科研工作和工程实践基础上，周绪红等提出了一种新型组合柱结构形式—钢管约束型钢混凝土柱。钢管约束型钢混凝土柱的外包钢管在梁柱节点处断开，不通过节点核心区，钢管不直接承担纵向荷载，只对核心混凝土起约束作用。钢管约束型钢混凝土柱继承了钢管混凝土柱和型钢混凝土柱的优势，钢管对混凝土施加了连续约束作用，提高了混凝土的抗压强度并改善了混凝土的延性；型钢的存在提高了柱子的抗剪能力；混凝土的存在弥补了型钢及空钢管易屈曲失稳的缺点。基于钢管约束型钢混凝土优越的力学性能，国内外学者近年来对其进行了深入的研究。研究表明，钢管约束型钢混凝土柱抗压、抗剪承载力高，抗震性能优越，层间变形能力强，抗火性能好，施工方便，能充分利用高强材料性能，是一种具有广泛发展前景的组合结构形式。

目前，对钢管约束型钢混凝土的研究主要集中于构件的静力与抗震性能，对钢管约束型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁节点的研究尚未深入系统开展。框架梁柱节点是框架结构的重要组成部分，节点核心区的力学性能对结构的整体刚度和受力性能起着关键性的作用。历次震害表明，节点区是地震作用下容易发生损坏的部位，节点区承载能力或变形能力不足是导致结构破坏的重要原因。传统钢管混凝土梁柱的穿筋式和外加强环式等节点形式，不同程度上都须依靠钢管传递剪力，从而使钢管直接承受纵向力。而采用钢管约束型钢混凝土框架柱时，由于受力模式的本质区别，钢管在节点区断开，节点区偏弱，传统节点无法沿用。要推广钢管约束型钢混凝土柱这种受力性能良好的新型组合构件，必须研究设计与之相适应的节点。

综上所述，钢管约束型钢混凝土柱的力学性能优越，具有广泛应用前景。但由于柱外包钢管在节点区断开，与传统组合柱的受力模式有本质区别，不同程度依靠外包钢管。

传递剪力的传统节点无法沿用，而适用于钢管约束型钢混凝土柱的节点研究尚未系统展开，几乎空白，严重制约了钢管约束型钢混凝土的应用与发展。

节点性能研究是亟待解决的关键科学问题，因此，系统深入研究钢管约束型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点受力性能，提出符合“强节点，弱构件”设计原则，承载力高，整体性好，传力明确，且安全可靠，施工方便的节点形式，是钢管约束钢筋混凝土结构研究方面亟待解决的关键科学问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种圆钢管约束型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点结构，该结构的节点区强度强，抗震性能优良，承载力高，整体性好，传力明确，并且安全、可靠。

为达到上述目的，本发明所述的圆钢管约束型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点结构包括核心型钢、节点区约束环梁、第一梁纵筋、第二梁纵筋、第一圆钢管、第二圆钢管及混凝土；

所述核心型钢包括第一型钢腹板及第二型钢腹板，第一型钢腹板与第二型钢腹板组成十字型钢，且第一型钢腹板的两端均固定有第一型钢翼缘，第二型钢腹板的两端均固定有第二型钢翼缘，各第一梁纵筋穿过第二型钢腹板的侧面，且各第一梁纵筋分布于第一型钢翼缘的两侧，各第二梁纵筋穿过第一型钢腹板的侧面，且各第二梁纵筋分布于第二型钢翼缘的两侧，第一梁纵筋和第二梁纵筋组成了一个十字形结构；

节点区约束环梁套接于核心型钢的外侧，且各第一梁纵筋及各第二梁纵筋均分布于节点区约束环梁的上下两侧；

第一圆钢管及第二圆钢管套接于核心型钢上，且第一圆钢管及第二圆钢管位于十字形结构的上下两侧；

核心型钢、第一梁纵筋、第二梁纵筋及节点区约束环梁均包裹于混凝土内，第一圆钢管及第二圆钢管均套接于混凝土上。