CN108625476A - 高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高铁站房钢管混凝土柱‑型钢混凝土梁节点结构，包括钢管混凝土柱、型钢混凝土梁以及环梁；钢管混凝土柱包括钢管混凝土上柱、钢管混凝土下柱以及钢管混凝土节点柱，钢管混凝土上柱底部区域内设置有十字板和八分板；钢管混凝土节点柱外壁设置有外环板，且型钢混凝土梁上翼缘和下翼缘分别与外环板对接；型钢混凝土梁的腹板与钢管混凝土节点柱连接；钢管混凝土节点柱内设置有内环板、内隔板以及内侧肋板；该节点结构通过内环板、内隔板、内侧肋板可有效减小柱内轴力向上柱传递、梁内剪力向框架梁传递，且节点结构在结构柱失效稳定后，内环板、内隔板内侧肋板可有效地传递梁内轴力、弯矩，有效的提高结构抗倒塌性能。

Description

高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构。

背景技术

现代高架站房通常为大跨框架结构，其轨道层结构柱常采用钢管混凝土结构，当列车发生脱轨撞向高架站房结构时，很有可能会引起站房的坍塌，从而造成重大的人员伤亡及财产损失，而站房中梁柱节点作为站房构件间的传力枢纽，它可传递梁柱之间的结构内力及为梁柱构件提供约束，对梁柱的承载力具有重要影响，还要在遭受列车冲击作用后确保结构不发生倒塌或脆性破坏，因此对节点构造的抗冲击研究十分重要，但现有研究中对钢管混凝土节点受高速侧向冲击方面的研究非常匮乏。

钢管混凝土梁柱节点基于梁的构造形式，一般分为钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁节点，以及钢管混凝土柱—钢梁节点。而型钢混凝土即在钢筋混凝土内放置型钢，因此钢管混凝土柱—型钢混凝土梁节点的连接方式是由上述两种节点形式组合而成。

现有节点构造形式主要是通过对节点在地震、火灾、冲击作用下三个方面研究得到，且冲击作用只包括***冲击和T形相贯节点主、支管受冲击作用，而对节点受相对于自身体积很大的物体高速侧向冲击的构造研究并未涉及。由于节点受外力作用形式显著改变，因此高架站房中现有节点构造形式并不能满足节点抗列车冲击作用性能。在列车冲击作用后易发生倒塌或脆性破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，以解决现有高架站房中现有节点结构形式并不能满足抗列车冲击作用性能的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，包括钢管混凝土柱、沿钢管混凝土柱周向均分的型钢混凝土梁以及设置在钢管混凝土柱和型钢混凝土梁之间的环梁；

钢管混凝土柱包括钢管混凝土上柱、钢管混凝土下柱以及位于钢管混凝土上柱和钢管混凝土下柱之间的钢管混凝土节点柱，

所述钢管混凝土节点柱外壁设置有与型钢混凝土梁上翼缘和下翼缘分别对应的外环板，且所述型钢混凝土梁上翼缘和下翼缘分别与外环板对接；所述型钢混凝土梁的腹板与钢管混凝土节点柱连接；

所述钢管混凝土节点柱内设置有内环板、内隔板以及内侧肋板，所述内环板与外环板位于同一平面内且同轴设置，所述内隔板设置在与型钢混凝土梁上翼缘对接的外环板和下翼缘对接的外环板之间；所述内侧肋板与内隔板和内环板均垂直，且所述内侧肋板与钢梁腹板位于同一平面内。

进一步，所述钢管混凝土上柱内设置有十字板和八分板，且所述十字板和八分板同轴设置；

进一步，所述十字板及八分板顶端设置有封顶板；

进一步，所述钢管混凝土节点柱外壁设置有栓钉。

进一步，所述型钢混凝土梁与环梁之间连接有加强钢筋。

进一步，所述内环板与外环板厚度一致。

本发明具有以下有益效果：本发明所提供的高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，钢管混凝土柱节点外加强环式的连接方式能有效提高节点抗冲击性能；内环板、内隔板、内侧肋板能有效减小柱内轴力向上柱传递、梁内剪力向相邻框架梁传递；节点在结构柱失效稳定后，内环板、内隔板、内侧肋板可有效地传递梁内轴力、弯矩及节点位移，降低高铁站房钢管混凝土柱—型钢混凝土梁节点在受列车冲击作用过程中节点核心区受冲击作用的影响；节点受列车冲击后最终的破坏模态都是在与外环板相交处被剪断，而对节点梁柱连接核心区影响较小，保证了节点能继续工作，提高了该节点抗冲击及抗倒塌性能；保证节点受冲击作用后节点梁柱内力重分布后达到稳定状态，且站房结构不产生倒塌。

附图说明

图1为本发明剖视结构示意图；

图2为图1中A-A向示意图；

图3为本发明中各钢板件结构示意图；

图4a为本发明中梁截面位置示意图；

图4b为本发明中节点柱截面位置示意图；

图5a为A节点钢梁及节点核心区内部钢构件应力示意图；

图5b为E节点钢梁及节点核心区内部钢构件应力示意图；

图6a为A节点为钢梁内及环梁内钢筋轴向应力示意图；

图6b为E节点为钢梁内及环梁内钢筋轴向应力示意图；

图7a为A节点钢梁及节点核心区内部塑性应变对比示意图；

图7b为E节点钢梁及节点核心区内部塑性应变对比示意图；

图8a为节点A-E的截面1处的节点核心区处柱截面轴力对比示意图；

图8b为节点A-E的截面2处的节点核心区处柱截面轴力对比示意图；

图8c为节点A-E的截面3处的节点核心区处柱截面轴力对比示意图；

图9a为节点A-E的截面1处梁内轴力对比示意图；

图9b为节点A-E的截面2处梁内轴力对比示意图；

图9c为节点A-E的截面3处梁内轴力对比示意图；

图9d为节点A-E的截面4处梁内轴力对比示意图；

图10a为节点A-E的截面1处梁内剪力对比示意图；

图10b为节点A-E的截面2处梁内剪力对比示意图；

图10c为节点A-E的截面3处梁内剪力对比示意图；

图10d为节点A-E的截面4处梁内剪力对比示意图；

图11a为节点A-E的截面1处梁内弯矩对比示意图；

图11b为节点A-E的截面2处梁内弯矩对比示意图；

图11c为节点A-E的截面3处梁内弯矩对比示意图；

图11d为节点A-E的截面4处梁内弯矩对比示意图；

图12a为节点A-E的底部转角对比示意图；

图12b为节点A-E的顶部转角对比示意图；

图13为节点A-E的竖向位移对比示意图；

图1至图13中所示附图标记分别表示为：1-钢管混凝土柱，2-型钢混凝土梁，3-环梁，4-钢管混凝土上柱，5-钢管混凝土下柱，6-钢管混凝土节点柱，10-外环板，11-内环板，12-内隔板，13-内侧肋板，7-十字板，8-八分板，9-封顶板，14-栓钉，15-加强钢筋。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图3所示，高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，包括钢管混凝土柱1、沿钢管混凝土柱1周向均分的型钢混凝土梁2以及设置在钢管混凝土柱1和型钢混凝土梁2之间的环梁3。型钢混凝土梁2为四个，均分设置在沿钢管混凝土柱1上；型钢混凝土梁2包括有上翼缘201、下翼缘202以及位于上翼缘201与下翼缘202之间的腹板203。钢管混凝土柱1由钢管以及浇筑在钢管内的混凝土构成，型钢混凝土梁2由型钢框架梁浇筑混凝土构成。

钢管混凝土柱1包括钢管混凝土上柱4、钢管混凝土下柱5以及位于钢管混凝土上柱4和钢管混凝土下柱5之间的钢管混凝土节点柱6。

钢管混凝土节点柱6外壁设置有与型钢混凝土梁2上翼缘201和下翼缘202分别对应的外环板10，且型钢混凝土梁2上翼缘201和下翼缘202分别与外环板10对接；所述型钢混凝土梁2的腹板与钢管混凝土节点柱6连接。钢管混凝土节点柱6与型钢混凝土梁2采用外加强环式连接，有效提高节点抗冲击性能。通过外环板10来传递梁内弯矩，与上翼缘相对应的为上外环，与下翼缘相对应的为下外环，在上下外环板10之间设置有内侧肋板13来传递剪力。

钢管混凝土节点柱6内设置有内环板11、内隔板12以及内侧肋板13，内环板11与外环板10位于同一平面内且同轴设置，所述内隔板12设置在与型钢混凝土梁2上翼缘对接的外环板10和下翼缘对接的外环板10之间；内侧肋板13分别设置在相邻内隔板12之间以及相邻内环板11之间；内侧肋板13与内隔板12和内环板11均垂直，且内侧肋板13与钢梁腹板位于同一平面内。内环板11、内隔板12以及内侧肋板13能有效减小柱内轴力向上柱传递、梁内剪力向相邻框架梁传递，加强节点结构抗冲击性能。节点在结构柱失效稳定后，内环板11、内隔板12、内侧肋板13可有效地传递梁内轴力、弯矩及节点位移，其中内环板11对梁内弯矩传递效果显著。内环板11与外环板10等厚，内侧肋板13根据内环板11、内隔板12的位置及其各板之间的距离在钢管混凝土柱1内设置成相应高度的内侧肋板13，并且与钢梁腹板在同一平面内。

为了加强钢管混凝土上柱4的结构强度；本发明中，钢管混凝土上柱4内设置有十字板7和八分板8，且十字板7和八分板8同轴设置；十字板7及八分板8顶端设置有封顶板9。通过八分板8、十字板7构造来固定钢管混凝土上柱4，加强结构强度，使其与轨道层结构柱相连接，通过封顶板9来封闭节点核心区，保护内部混凝土及各构件。

在施工时，先在钢管内部空腔浇筑混凝土从而形成混凝土柱，在钢管外壁上部位置处设置八分板8、十字板7；钢管外壁下部位置处设置外环板10、内环板11、内隔板12和内侧肋板13，当各钢构件连接完成后，将型钢的上下翼缘分别和管壁的上下外环板10相连接，将型钢的腹板、内侧竖向肋板与钢管外壁相连，当型钢与钢管连接好后，再通过浇筑混凝土，从而形成钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点。

为了提高型钢混凝土梁2与环梁3之间的连接稳定性，本发明中，型钢混凝土梁2与环梁3之间连接有加强钢筋15，且钢管混凝土节点柱外壁设置有栓钉14。

为了进一步证明本发明所提供的钢管混凝土柱—型钢混凝土梁节点结构的抗冲击性能，从节点破坏模态，节点应力应变，节点柱截面轴力对比，节点核心区梁截面轴力、剪力、弯矩对比，以及节点位移五个方面进行分析。为了更清楚的表明本节点结构的抗冲击性能，在本发明节点结构的基础上进行5组节点对比，如下表1；

表1节点内部构造信息

为了方便对节点核心区内各梁柱横截面积内力进行分析，如图4a所示对梁柱截面位置进行编号，选取各型钢梁靠近节点处截面。如图4b所示，另外选取节点柱三个不同位置截面，分别为节点柱顶部截面1、节点柱中部截面2、节点柱底部截面3。

(1)节点破坏模态分析

当梁柱节点连接采用外环板10连接方式时，即使节点内部无内环板11、内隔板12、内侧肋板13的构造措施，其节点柱的破坏均经历了三个阶段，第一阶段为：列车接触结构柱至节点柱发生小变形弯曲；第二阶段为：冲击位置处的结构柱被完全剪断；第三阶段为：结构柱与节点底部外环板相交处再次被剪断，而对节点柱连接核心区影响较小。因此钢管混凝土柱节点外加强环式的连接方式能有效提高节点抗冲击性能。

(2)节点应力应变

节点B、C、D的应力应变介于节点A、E的应力应变之间，因此仅对A、E节点进行分析，如图5a、图5b所示，E节点上的应力受冲击荷载作用的影响较A节点大。如图6a、图6b所示，A节点钢筋主要在节点核心区附近较小范围内的纵向受力筋受拉屈服，而E节点除了垂直于轨道方向梁内上下纵筋受拉屈服外，平行于轨道方向梁内的大部分钢筋也受拉屈服。如图7a、图7b所示，E比A节点梁内出现塑性应变的范围较大。

综上所述，当节点内部采取内环板11、内隔板12、内侧肋板13的构造措施时能有效降低节点应力、应变，从而证明了内环板11、内隔板12、内侧肋板13能显著提高节点抗冲击性能。

(3)节点柱截面轴力对比

如图8a、图8b、图8c所示，可以得出截面3收到的冲击作用影响比截面1、2大，当节点内部采取A、B、C、D任意一种构造措施时，都能有效降低冲击作用前后节点柱内轴力。由此可见，当节点内部采取不同构造措施时，能较大程度降低冲击作用后节点柱内轴力，但影响差距较小。

(4)节点核心区梁截面轴力、剪力、弯矩对比

如图9a、图9b、图9c、图9d所示，节点遭受冲击作用稳定后，A、B、C、D节点比E节点轴力大，这是因为节点进行内力重分布后，有内部构造的节点可有效地传递梁内轴力，从而充分利用梁内材料，减小节点的损害。如图10a、图10b、图10c、图10d所示，节点受冲击作用后，A、B、C、D节点比E节点剪力小得多，节点的内部构造措施能有效降低节点核心区梁内剪力。由图11a、图11b、图11c、图11d可以看出，B节点即无内环板11节点较其它内部构造措施节点的梁内弯矩小很多，这说明内环板11可将结构柱受冲击作用后的弯矩有效传递到梁内，使梁内材料得到充分利用。

综上所述，内环板11、内隔板12、内侧肋板13能有效减小梁内剪力向相邻框架梁传递；节点在结构柱失效稳定后，内环板11、内隔板12、内侧肋板13可有效地传递梁内轴力、弯矩，其中内环板11对梁内弯矩传递效果显著。

(5)节点位移

如图12a、图12b、图13所示，内环板11、内隔板12、内侧肋板13的构造措施共同作用时，可有效降低节点转角及节点竖向位移。

通过上述分析可知，钢管混凝土柱—型钢混凝土梁节点作为站房构件间重要的传力枢纽，该节点结构受列车冲击后最终的破坏模态都是在与外环板10相交处被剪断，而对节点梁柱连接核心区影响较小，保证了节点能继续工作，提高了该节点抗冲击及抗倒塌性能；节点在结构柱失效稳定后，内环板11、内隔板12、内侧肋板13可有效减小柱内轴力向上柱传递、梁内剪力向相邻框架梁传递，且节点在结构柱失效稳定后，内环板11、内隔板12、内侧肋板13可有效地传递梁内轴力、弯矩，施可提高结构抗倒塌性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，其特征在于，包括钢管混凝土柱(1)、沿钢管混凝土柱(1)周向均分的型钢混凝土梁(2)以及设置在钢管混凝土柱(1)和型钢混凝土梁(2)之间的环梁(3)；所述型钢混凝土梁(2)包括有上翼缘(201)、下翼缘(202)以及位于上翼缘(201)与下翼缘(202)之间的腹板(203)；

钢管混凝土柱(1)包括钢管混凝土上柱(4)、钢管混凝土下柱(5)以及位于钢管混凝土上柱(4)和钢管混凝土下柱(5)之间的钢管混凝土节点柱(6)；

所述钢管混凝土节点柱(6)外壁设置有与型钢混凝土梁(2)上翼缘(201)和下翼缘(202)分别对接的外环板(10)，所述型钢混凝土梁(2)的腹板(203)与钢管混凝土节点柱(6)连接；

所述钢管混凝土节点柱(6)内设置有内环板(11)、内隔板(12)以及内侧肋板(13)，所述内环板(11)与外环板(10)位于同一平面内且同轴设置；所述内隔板(12)与内侧肋板(13)分别设置在与型钢混凝土梁(2)上翼缘(201)对接的外环板(10)和下翼缘(202)对接的外环板(10)之间，且所述内侧肋板(13)与内隔板(12)和内环板(11)均垂直，且所述内侧肋板(13)与型钢混凝土梁(2)的腹板位于同一平面内。

2.根据权利要求1所述的高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，其特征在于，所述钢管混凝土上柱(4)内设置有十字板(7)和八分板(8)，且所述十字板(7)和八分板(8)同轴设置。

3.根据权利要求2所述的高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，其特征在于，所述十字板(7)及八分板(8)顶端设置有封顶板(9)。

4.根据权利要求3所述的高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，其特征在于，所述内环板(11)与外环板(10)厚度一致。

5.根据权利要求1至4任一项所述的高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，其特征在于，所述钢管混凝土节点柱(6)外壁设置有栓钉(14)。

6.根据权利要求5所述的高铁站房钢管混凝土柱-型钢混凝土梁节点结构，其特征在于，所述型钢混凝土梁(2)与环梁(3)之间连接有加强钢筋(15)。