鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)及施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種節(jié)點連接結(jié)構(gòu)，特別是一種鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)及施工方法，屬于節(jié)點加固技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前世界各國有大量使用鋼屋架同混凝土框架柱或剪力墻結(jié)構(gòu)組成的既有大空間建筑體系，其中包括體育館、避難所以及大跨度廠房等等，然而這些大空間公共建筑結(jié)構(gòu)，一旦在地震中破壞坍塌，后果往往非常嚴(yán)重，以往發(fā)生的大地震已經(jīng)證明這種破壞的風(fēng)險是高度存在的。在2011年3月11日日本東北海岸遭受里氏9.0級的大地震襲擊當(dāng)中，大量人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失，在震后應(yīng)急評估中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)由鋼屋架和混凝土柱組成的體育館建筑的屋頂和混凝土柱的連接處在地震中受到不同程度的損壞。這種破壞現(xiàn)象給避難場所帶來極大的安全隱患，并有可能造成更為嚴(yán)重的次生災(zāi)害。
[0003]分析其破壞的主要原因:在遭遇強震時，與鋼屋架相鉸接的混凝土柱，會產(chǎn)生水平方向的運動，由于柱子下端與基礎(chǔ)剛性連接，混凝土柱將發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致柱頂部原有保持在水平面的頂面開始傾斜，地震引起混凝土柱在水平方向的運動，也帶動了鋼屋架的水平向運動，但鋼屋架具有遠大于柱子的水平剛度，此外，由于鋼屋架在四周均設(shè)有混凝土柱支撐，迫使鋼屋架近似剛體，始終保持水平運動，無法同柱端頂面一樣產(chǎn)生一致傾斜的變形，基于上述的推論，可以了解到混凝土柱的頂部與鋼屋架在地震時無法協(xié)調(diào)變形。那么對連接鋼屋架與混凝土柱的螺栓而言，則受到了剪力、彎矩和拉力的共同作用，如果柱頂產(chǎn)生過大的傾斜位移，則受拉區(qū)的螺栓將會受到更大的拉力，導(dǎo)致螺栓拔出混凝土柱頂，進一步使鋼屋架脫落于混凝土柱，造成不可預(yù)估的次生災(zāi)害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于上述缺陷，本發(fā)明提出了一種鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)及施工方法，用于解決強震作用下鋼屋架與混凝土柱通過螺栓連接存在安全隱患的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)，所述半剛性連接結(jié)構(gòu)包括支座豎桿、加勁肋、支座托板、橫向加勁肋、縱向加勁肋、支座底板以及連接板、梯形鋼屋架;其中，所述加勁肋與支座豎桿通過對接焊縫垂直焊接連接在支座豎桿上部，支座托板與支座豎桿通過對接焊縫垂直焊接連接，加勁肋底部與支座托板通過雙面角焊縫垂直焊接連接;所述橫向加勁肋和支座底板均垂直設(shè)置在支座豎桿底部，所述橫向加勁肋和支座底板與支座豎桿均采用對接焊縫焊接連接，所述縱向加勁肋上、下端以及側(cè)端分別與橫向加勁肋、支座底板以及支座豎桿刨平頂緊，所述縱向加勁肋垂直于橫向加勁肋、支座底板以及支座豎桿設(shè)置，且所述縱向加勁肋與橫向加勁肋、支座底板以及支座豎桿均采用雙面角焊縫三面圍焊在一起;所述支座豎桿與梯形鋼屋架之間通過連接板焊接在一起;所述支座豎桿底部以及縱向加勁肋、橫向加勁肋、支座底板均設(shè)置在預(yù)制鋼筋混凝土柱內(nèi)，所述支座托板設(shè)置于預(yù)制鋼筋混凝土柱上表面。
[0006]進一步地，所述支座豎桿為三塊鋼板焊接而成的工字鋼桿件。
[0007]進一步地，所述支座豎桿采用Q345鋼板焊接而成。
[0008]進一步地，所述加勁肋為三角形形狀的鋼板，均勻設(shè)置于支座豎桿的四角，且其底邊與支座托板焊接在一起。
[0009]進一步地，所述支座托板的截面尺寸延伸至預(yù)制鋼筋混凝土柱邊緣以內(nèi)50?80mm處。
[0010]進一步地，所述橫向加勁肋與支座底板均為梯形形狀的鋼板。
[0011]進一步地，所述預(yù)制鋼筋混凝土柱在柱頂部中間位置預(yù)留有凸形缺口，在缺口角部布置有補強鋼筋，所述支座豎桿底部以及縱向加勁肋、橫向加勁肋、支座底板均設(shè)置在預(yù)制鋼筋混凝土柱的所述凸形缺口內(nèi)，且缺口的縫隙內(nèi)澆筑有細石混凝土。
[0012]上述鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)的施工方法，具體施工步驟如下:
步驟一:施工預(yù)制鋼筋混凝土柱，并在預(yù)制鋼筋混凝土柱的頂端預(yù)留凸形缺口，在缺口角部布置補強鋼筋；
步驟二:制作梯形鋼屋架、支座豎桿、加勁肋、支座托板、橫向加勁肋、縱向加勁肋以及支座底板；
步驟三:將加勁肋、支座托板、橫向加勁肋、支座底板分別與支座豎桿通過對接焊縫連接；
步驟四:將加勁肋與支座托板通過雙面角焊縫連接，將縱向加勁肋與橫向加勁肋和支座底板和支座豎桿刨平頂緊，并采用雙面角焊縫進行三面圍焊；
步驟五:將步驟四連接好的支座豎桿與預(yù)制的梯形鋼屋架通過連接板采用雙面角焊縫連接；
步驟六:將帶有支座豎桿的梯形鋼屋架通過吊裝設(shè)備安置于預(yù)制鋼筋混凝土柱預(yù)留凸形缺口處；
步驟七:用細石混凝土在預(yù)留缺口縫隙處進行澆筑固定；
步驟八:完成梯形鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接的施工，同時對所述梯形鋼屋架與各鋼構(gòu)件進行防銹防腐處理。
[0013]其中，梯形鋼屋架各個構(gòu)件可根據(jù)具體工程實例中的屋面荷載等因素來確定其材料與截面(除圖示所標(biāo)注的支座豎桿以外)；對于支座豎桿，由于支座豎桿下端為半剛接狀態(tài)，在水平外力作用下，支座豎桿必然會受到彎矩的作用，而一般鋼屋架桿件的抗彎承載力極為有限，故支座豎桿采用三塊乳制的屈服強度較高的鋼板焊接而成，如Q345，具體尺寸應(yīng)根據(jù)屋架所受的水平荷載與鋼材的受彎和受剪承載力并考慮下文提到的加勁肋的作用來確定。
[0014]所述加勁肋與支座豎桿采用對接焊縫連接，加勁肋設(shè)計為三角形形狀，其主要原因是彎矩從豎桿頂部到支座托板處大體呈三角形分布，兼顧鋼材的合理利用。為防止鋼屋架產(chǎn)生平面內(nèi)與平面外的雙向彎曲，故將四肢加勁肋均勻?qū)ΨQ設(shè)置于支座豎桿的四角，避免支座豎桿發(fā)生扭曲變形。
[0015]所述支座托板與支座豎桿采用對接焊縫連接?？紤]到施工條件的限制，支座托板與加勁肋采用雙面角焊縫連接，為了保證支座的穩(wěn)定性與混凝土柱的局部承壓能力，支座托板的截面尺寸可延伸至混凝土柱邊緣以內(nèi)50?80mm。
[0016]所述橫向加勁肋與支座豎桿采用對接焊縫連接，考慮到對混凝土截面剪切作用的影響，為了降低對混凝土截面的作用應(yīng)力，將橫向加勁肋設(shè)計為梯形形狀，加大與混凝土的接觸面積。
[0017]本發(fā)明的鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接的工作原理是:在較大的水平荷載作用下，鋼屋架受到自身的自重荷載與外界力給予的加速度，會產(chǎn)生水平荷載，進而產(chǎn)生水平位移，由于鋼屋架的支座豎桿與預(yù)制混凝土柱半剛性連接，鋼屋架的水平平動會對支座豎桿產(chǎn)生平面內(nèi)的彎曲變形，此時焊接于支座豎桿的加勁肋會與支座豎桿共同作用來抵抗所傳來的彎矩與剪力，將傳統(tǒng)連接的螺栓所發(fā)生的剪切破壞轉(zhuǎn)化為支座豎桿與加勁肋所共同發(fā)生的彎曲破壞，從而使脆性破壞轉(zhuǎn)化為延性破壞，通過使加勁肋的局部屈服，還可以耗散一部分輸入能量，進而保證了結(jié)構(gòu)的整體安全，避免了連接梯形鋼屋架與預(yù)制混凝土柱的螺栓被拉斷進，也避免了鋼屋架脫落于混凝土柱的事件發(fā)生。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)的主視圖；
圖2是本發(fā)明鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)縱向剖切構(gòu)造圖；
圖3是圖2的A-A剖視圖；
圖4是圖2的B-B剖視圖；
圖5是圖2的C-C剖視圖；
圖6是本發(fā)明鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)預(yù)制鋼筋混凝土柱縱向剖視圖。
[0019]圖中:1、支座豎桿，2、加勁肋，3、支座托板，4、橫向加勁肋，5、縱向加勁肋，6、預(yù)制鋼筋混凝土柱，7、支座底板，8、連接板，9、梯形鋼屋架。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0021]如圖1?6所示，本發(fā)明的一種鋼屋架與預(yù)制鋼筋混凝土柱半剛性連接結(jié)構(gòu)，包括支座豎桿1、加