專利名稱：鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)與施工領(lǐng)域，具體涉及鋼管混凝土柱與鋼筋 混凝土梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
由于鋼管混凝土柱具有承載力高、延性好和施工方便等顯著特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用 于大跨結(jié)構(gòu)、高層建筑等工程實(shí)踐中，尤其是鋼管混凝土柱與鋼管混凝土梁所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。 但是以往的鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接方式存在連接不可靠，施工不方便等 問題，它們制約著鋼管混凝土在工程中的廣泛使用。為了使鋼筋混凝土梁的縱筋能順暢的穿過節(jié)點(diǎn)區(qū)，目前常用的鋼管混凝土柱與 鋼管混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連接主要有以下三種方式(1)鋼管混凝土柱的鋼管在節(jié)點(diǎn)區(qū)完全斷 開，這種做法使得鋼管在豎向連接中受拉能力中斷，不利于鋼管混凝土柱承受較大的彎矩 和剪力；(2)當(dāng)鋼筋混凝土梁中的縱向鋼筋用量較少時(shí)，鋼管混凝土柱的鋼管在節(jié)點(diǎn)區(qū)貫 通，在鋼管上開孔，鋼筋混凝土梁中的鋼筋分別穿越鋼管，但此時(shí)鋼筋混凝土柱與鋼筋混凝 土梁在節(jié)點(diǎn)處仍存在抗剪欠可靠的問題，并且當(dāng)鋼筋數(shù)量較大時(shí)，施工不方便；(3)鋼管在 節(jié)點(diǎn)區(qū)貫通，外加焊環(huán)筋，設(shè)置鋼筋混凝土環(huán)梁，與節(jié)點(diǎn)相交的鋼筋混凝土梁直接連接在環(huán) 梁上，但此節(jié)點(diǎn)難以形成完全剛接，另外，鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁結(jié)合的可靠性也值 得質(zhì)疑。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是解決鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)連 接方式存在連接不可靠，施工不方便的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是提供一種鋼管混凝土柱 與鋼筋混凝土梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)由環(huán)形連接件、鋼筋混凝土環(huán)梁和填充在節(jié)點(diǎn)區(qū) 的混凝土構(gòu)成，所述環(huán)形連接件包括核心區(qū)短鋼管，其上方設(shè)有上水平環(huán)形鋼板，下方設(shè)有 下水平環(huán)形鋼板，上、下水平環(huán)形鋼板之間通過若干豎向鋼板焊接連接為一體，所述豎向鋼 板分別均布焊接在核心區(qū)短鋼管的外圓周表面上，核心區(qū)短鋼管的上端面和下端面分別與 上、下環(huán)形水平鋼板之間設(shè)有用于穿裝鋼筋混凝土梁的鋼筋的間隙，所述混凝土環(huán)梁環(huán)套 在豎向鋼板的外側(cè)。上述方案中，核心短鋼管的上端面和下端面與上、下環(huán)形水平鋼板之間的間隙為 80mm 到 100mm。本實(shí)用新型，核心短鋼管在核心區(qū)對(duì)混凝土進(jìn)行約束，提高其混凝土的承載能力， 豎向鋼板沿徑向布置，不阻礙鋼筋的貫通，另外，可使鋼管受拉能力得到延續(xù)，上下環(huán)狀鋼 板起到了連接的作用，鋼筋混凝土環(huán)梁起到加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)區(qū)空隙部分混凝土約束作用及節(jié)點(diǎn)構(gòu) 造作用，因此，本節(jié)點(diǎn)可使鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁能緊密結(jié)合，鋼管受拉能力能在節(jié) 點(diǎn)區(qū)延續(xù)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)的混凝土可保持連續(xù)約束，并且節(jié)點(diǎn)施工簡單方便。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為環(huán)形連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線圖；圖5為混凝土單軸受拉應(yīng)力_應(yīng)變關(guān)系曲線圖；圖6為鋼管應(yīng)力_應(yīng)變關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作出詳細(xì)的說明。如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括與鋼管混凝土柱中的鋼管連接為一體的環(huán)形連 接件1、與鋼筋混凝土梁3連接為一體的混凝土環(huán)梁2和填充在節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土，再參見圖 3，所述環(huán)形連接件包括核心短鋼管11，其上方設(shè)有上水平環(huán)形鋼板12，下方設(shè)有下水平環(huán) 形鋼板13，上、下水平環(huán)形鋼板12、13之間通過若干豎向鋼板14焊接連接為一體，豎向鋼板 14分別沿上、下水平環(huán)形鋼板12、13的徑向均布設(shè)置且與核心短鋼管11的外圓周表面焊接 固定，核心短鋼管11的上端面和下端面分別與上、下環(huán)形水平鋼板12、13之間留有80mm到 100mm的間隙，用于穿裝鋼筋混凝土梁3的鋼筋，環(huán)形連接件1可以在工廠預(yù)制并在施工現(xiàn) 場將上、下水平環(huán)形鋼板12、13分別與鋼管混凝土柱的鋼管4、5焊接為一體?；炷镰h(huán)梁 2環(huán)套在豎向鋼板14的外側(cè)。下面以十字形鋼筋混凝土梁為例對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例加以說明，但 是，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案并不限于僅用于十字形鋼筋混凝土梁的施工，鋼筋混凝 土梁可以與鋼筋混凝土環(huán)梁以任意角度進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱 的任意角度連接。在本實(shí)施案例中，鋼管壁厚取20mm，上下水平環(huán)形鋼板厚取20mm，豎向鋼板厚 取20mm，位于中心鋼管內(nèi)的核心區(qū)混凝土半徑取430mm，鋼材的牌號(hào)為Q345，混凝土的 強(qiáng)度等級(jí)為C55。鋼筋混凝土梁的上部縱筋和下部縱筋的配筋率均為0.8%，箍筋采用 O 100150 (四肢箍)，腰筋的配筋率為0. 1 %。混凝土環(huán)梁上部縱筋和下部縱筋的配筋率均 為0.9%，腰筋的配筋率為0.3%，箍緊采用100150。值得說明的是，不同的節(jié)點(diǎn)，上述參數(shù) 應(yīng)根據(jù)受力情況進(jìn)行合理選取。施工時(shí)，首先，工廠預(yù)制環(huán)形連接件，然后，將其運(yùn)至現(xiàn)場，并與鋼管5連接，再將 鋼筋混凝土梁的上部縱筋和下部縱筋分別穿過環(huán)形連接件中上、下水平環(huán)形鋼板12、13與 中心鋼管11上下端面之間的間隙，之后，綁扎鋼筋混凝土環(huán)梁等構(gòu)件的鋼筋，最后，澆注混 凝土。上一層施工時(shí)，先將鋼管4與環(huán)形連接件相連，再澆注鋼管4管內(nèi)的混凝土。經(jīng)過對(duì)本實(shí)用新型的有限元分析可見，由環(huán)形連接件和鋼筋混凝土環(huán)梁構(gòu)的連通 式鋼管混凝土柱鋼筋混凝土梁剛性節(jié)點(diǎn)，可使梁中鋼筋順利通過節(jié)點(diǎn)，并較大程度上降低 了鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的施工難度，同時(shí)可使鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁能緊密結(jié)合，鋼管 受拉承載力能保持連續(xù)，鋼管內(nèi)的混凝土可保持連續(xù)約束，該節(jié)點(diǎn)的承載力能夠滿足設(shè)計(jì) 要求，在實(shí)際工程中具有較好的推廣價(jià)值。[0020]上述節(jié)點(diǎn)受力分析的具體過程如下鋼管和核心混凝土采用C3D83三維實(shí)體單元，鋼筋采用BEAM單元模擬，并采用 EMBBED命令嵌入到三維實(shí)體單元中，考慮鋼管和混凝土之間的相互作用，采用TIE的約束 方式來模擬二者之間的接觸。在混凝土結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析中，混凝土本構(gòu)關(guān)系的模型對(duì)鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析具有重大影響。ABAQUS提供了三種不同的混凝土本構(gòu)模型(1) 混凝土彌散裂縫模型；(2)混凝土脆性開裂模型；(3)混凝土損傷塑性模型。本次分析采用 的是工程中較為認(rèn)可的混凝土損傷塑性模型，它是用各向同性損傷彈性結(jié)合各向同性拉伸 和壓縮塑性的模型來表示混凝土的非線性行為。混凝土損傷塑性模型所需的材料參數(shù)主要 可以通過混凝土單軸受拉、受壓曲線得到?；炷羻屋S受拉、受壓曲線采用混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 規(guī)范中的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€方程，見圖四、圖五。(1)、鋼筋與鋼管的本構(gòu)模型鋼筋與鋼管本構(gòu)模型采用理想彈塑性二折線模型，其單軸應(yīng)力_應(yīng)變關(guān)系見圖 六。(2)、邊界條件及網(wǎng)格劃分為了分析上柱受到豎向作用力較大的情況下，節(jié)點(diǎn)連接處的豎板、核心短鋼管、上 下水平環(huán)板和節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土以及混凝土環(huán)梁的承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，本次對(duì)節(jié)點(diǎn)的 上柱施加鋼管混凝土軸壓比為1的軸壓力，為了防止施加軸壓力處的局部應(yīng)力集中，采用 了分析剛體傳導(dǎo)軸壓力，并在鋼筋混凝土梁上施加剪力為200KN，彎矩200KNm的等效作用 力，同時(shí)約束住下鋼管混凝土柱底端各節(jié)點(diǎn)的x，1，z方向的位移。單元的網(wǎng)格劃分采用掃 略性的網(wǎng)格劃分方式。采用了以上的有限元模型，可以方便的計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)在上柱施加鋼管混凝土軸壓 比為1的軸向壓力下的各點(diǎn)應(yīng)力。節(jié)點(diǎn)在軸壓比為1的力作用下，上下水平環(huán)狀鋼板、豎向鋼板都處于彈性階段，沒 有進(jìn)入塑性。混凝土的縱向應(yīng)力在與上下鋼管連接處的混凝土縱向應(yīng)力最大，達(dá)到120Mpa， 遠(yuǎn)大于混凝土單軸受壓的峰值應(yīng)力。然而，該混凝土的平均側(cè)應(yīng)力也達(dá)到了 30. 42Mpa?；?凝土在三向受壓的情況下，混凝土的屈服條件為 =/c(l+ 1.5 序+ 2子)
V J C J c(1)
ho 42 30 42由式⑴可以求得， =25.3C(1 + 1.5+=混凝土的屈
V乃」 ?！筂pa,
服應(yīng)力為127. 89Mpa，可見在與上下鋼管連接處的混凝土在軸壓比1的軸壓力作用下，混凝 土尚未屈服。節(jié)點(diǎn)處中心間的混凝土的縱向應(yīng)力為40. 89Mpa，平均側(cè)向應(yīng)力為4. 89Mpa，由式
14.89 4 89
⑴可以求得， =25.3e(l + 1.5。+ 2^)二51.75 節(jié)點(diǎn)處中心間的混凝土也沒有
V2’.j 2’ JMpa,
屈服破壞。鋼筋混凝土梁受到200KN的剪力、200KNm彎矩，縱筋應(yīng)力最大值發(fā)生在節(jié)點(diǎn)中心 處，最大拉應(yīng)力為164Mpa，在環(huán)梁的中心處，由于受到上鋼管混凝土柱傳來的壓力，環(huán)梁的
5箍筋的最大壓應(yīng)力為187Mpa，鋼筋仍處于彈性狀態(tài)。綜上，本實(shí)用新型提從的技術(shù)方案連接可靠且施工方便。本實(shí)用新型不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本實(shí)用新型的啟示下 作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本實(shí)用新型具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接節(jié)點(diǎn)，其特征在于該節(jié)點(diǎn)由環(huán)形連接件、鋼筋混凝土環(huán)梁和填充在節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土構(gòu)成，所述環(huán)形連接件包括核心區(qū)短鋼管，其上方設(shè)有上水平環(huán)形鋼板，下方設(shè)有下水平環(huán)形鋼板，上、下水平環(huán)形鋼板之間通過若干豎向鋼板焊接連接為一體，所述豎向鋼板分別均布焊接在核心區(qū)短鋼管的外圓周表面上，核心區(qū)短鋼管的上端面和下端面分別與上、下環(huán)形水平鋼板之間設(shè)有用于穿裝鋼筋混凝土梁的鋼筋的間隙，所述混凝土環(huán)梁環(huán)套在豎向鋼板的外側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接節(jié)點(diǎn)，其特征在于核心短 鋼管的上端面和下端面與上、下環(huán)形水平鋼板之間的間隙為80mm到100mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的剛性連接節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)由環(huán)形連接件、鋼筋混凝土環(huán)梁和節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土構(gòu)成，環(huán)形連接件包括核心區(qū)短鋼管，其上方設(shè)有上水平環(huán)形鋼板，下方設(shè)有下水平環(huán)形鋼板，上、下水平環(huán)形鋼板之間通過若干豎向鋼板焊接連接為一體，所述豎向鋼板分別均布焊接在核心區(qū)短鋼管的外圓周表面上，核心區(qū)短鋼管的上端面和下端面分別與上、下環(huán)形水平鋼板之間設(shè)有用于穿裝鋼筋混凝土梁的鋼筋的間隙，所述混凝土環(huán)梁環(huán)套在豎向鋼板的外側(cè)。本實(shí)用新型可使鋼筋混凝土梁中鋼筋順利通過節(jié)點(diǎn)，較大程度上降低了鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的施工難度，并使鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁能緊密結(jié)合，形成梁柱之間的剛性連接。
文檔編號(hào)E04B1/58GK201605670SQ20102012889
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者張劍 申請(qǐng)人:張劍