CN113374083B - 钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造及其施工方法 - Google Patents

钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种钢‑再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造及其施工方法，该结构包括组合梁板、方形节点和圆钢管混凝土柱，圆钢管混凝土柱外垂直安装有方形节点，组合梁板与方形节点固连，本发明分别对组合梁板区、方形节点、圆钢管混凝土柱内部三个区域进行了构造加强，以保证竖向承重构件的完整性及组合梁的负弯矩区抗弯能力，保证集中力的有效传递和扩散，满足“强节点，弱杆件”的设计要求。

Description

钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造及 其施工方法
技术领域
本发明涉及一种钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造及其施工方法，属于组合结构技术领域。
背景技术
随着高层和超高层建筑的蓬勃发展，竖向承重构件体型越来越大，钢-混凝土组合结构逐渐成为最优选择。就截面形状而言，方钢管混凝土更加规整，节点构造相对简单，但圆钢管混凝土的约束效果、承载能力、抗震能力均优于方钢管混凝土，实际工程中也更多地采用圆钢管混凝土柱。
而砂石资源枯竭和废弃混凝土的处置问题催生了再生混凝土，在高层建筑的梁板结构中推广使用再生混凝土，如钢-再生混凝土组合梁板将有效缓解上述问题。钢-再生混凝土组合梁与圆钢管混凝土柱连接的节点区域至关重要，是竖向承重构件的主要受力区和组合梁的负弯矩区，需要尽可能保证竖向承重构件的完整性及组合梁的负弯矩区抗弯能力，保证集中力的有效传递和扩散，同时应满足“强节点、弱杆件”的要求。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中提到的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管混凝土柱的连接问题，提出一种钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造及其施工方法。本发明为保证竖向承重构件完整性和增强横向受力构件抗弯能力而设计，主要应用于高层、超高层建筑，涉及组合梁板区、方形节点区和圆钢管高强混凝土柱三部分的复合构造。
本发明提出一种钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造，包括组合梁板、方形节点和圆钢管高强混凝土柱，所述圆钢管高强混凝土柱外垂直安装有方形节点，所述组合梁板与方形节点固连，
其中组合梁板包括抗拉钢板、拉结螺栓、组合梁板内混凝土、压型钢板、上部加劲L型连接板和下部加劲L型连接板；所述拉结螺栓将抗拉钢板、组合梁板内混凝土和压型钢板夹紧连接，所述钢梁位于压型钢板的下方
所述圆钢管高强混凝土柱包括环向加劲肋、竖向加劲肋、圆钢管和圆钢管内混凝土，所述圆钢管内浇筑有圆钢管内混凝土，所述圆钢管内纵向设置有若干竖向加劲肋，所述圆钢管内横向设置有环向加劲肋，
所述方形节点包括上部钢板、拉结钢板、下部钢板、侧面钢板和节点内混凝土；所述上部钢板与下部钢板间水平设置有若干拉结钢板，所述侧面钢板与上部钢板、拉结钢板和下部钢板垂直固连，其围成的结构内浇筑有节点内混凝土，所述上部钢板、拉结钢板和下部钢板均与圆钢管垂直固连，
所述抗拉钢板通过上部加劲L型连接板与侧面钢板焊接或栓接，钢梁通过下部加劲L型连接板与侧面钢板焊接或栓接。
优选地，所述上部钢板上设置有若干上部钢板浇筑孔。
优选地，所述抗拉钢板的下表面为有印花纹的毛面，所述抗拉钢板上开设若干抗拉钢板浇筑孔。
优选地，所述上部钢板、拉结钢板、下部钢板和侧面钢板厚度不低于10mm，下部钢板最窄处不低于80mm，拉结钢板长度不超过方形节点宽度的一半，侧面钢板高度不少于组合梁板高度的2倍。
优选地，所述抗拉钢板、拉结螺栓、上部加劲L型连接板、下部加劲L型连接板、上部钢板、拉结钢板、下部钢板、侧面钢板、环向加劲肋和竖向加劲肋所用钢材强度不低于Q345。
优选地，所述拉结螺栓直径不低于8mm。
优选地，所述圆钢管高强混凝土柱直径不低于1m。
优选地，所述钢管内混凝土和节点内混凝土为高强混凝土或高强再生混凝土，强度≥C60，所述组合梁板内混凝土为再生混凝土，强度为C30～C60。
优选地，所述环向加劲肋和竖向加劲肋厚度不超过圆钢管厚度的一半；宽度为圆钢管直径的1/10～1/5。
优选地，所述拉结钢板在钢梁下翼缘高度和抗拉钢板高度各布置一道。
一种所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法，具体包括以下步骤：
(1)首先制作环向加劲肋板和竖向加劲肋板，分别焊接在圆钢管内部的相应位置，在方形节点处焊接两道拉结钢板，然后将侧面钢板与拉结钢板焊接以固定侧面钢板，最后焊接上部钢板和下部钢板，上述工序在工厂预先完成；
(2)焊接完成后浇筑钢管内混凝土，若有钢筋笼的设计应一并放入，随后通过上部钢板浇筑孔完成节点内混凝土浇筑；
(3)将钢梁的下翼缘板通过下部加劲L型连接板与侧面钢板焊接或栓接，钢梁的其他部分与侧面钢板焊接，
(4)然后完成组合梁板的支模，抗拉钢板通过若干上部加劲L型连接板与侧面钢板焊接或栓接以固定位置，抗拉钢板通过拉结螺栓与压型钢板简单固定，通过抗拉钢板浇筑孔浇筑组合梁板内混凝土，在组合梁板内混凝土硬化后，将拉结螺栓拧紧即可。
本发明提出的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造及其施工方法，分别对组合梁板区、方形节点、圆钢管高强混凝土柱三个区域进行了构造加强，以保证竖向承重构件的完整性及组合梁的负弯矩区抗弯能力，保证集中力的有效传递和扩散，满足“强节点，弱杆件”的设计要求，该组合构件具有以下优势：
(1)本发明充分发挥圆钢管混凝土和方钢管混凝土的各自优势，采用圆钢管高强混凝土柱作为主要受力构件以发挥其良好的约束效果、承载能力和抗震能力；节点区域采用方形钢管混凝土的外观，以提供良好的连接平面，发挥出方形截面形状规整、易于连接的优势。
(2)本发明有效增加节点区域的高度、面积和刚度。方形节点区域的高度为与之相连组合梁高度的2倍以上，方形区域包围在圆钢管外侧，面积为圆钢管高强混凝土柱的1.3～1.8倍，且形成了复合构造和多重约束的受力效果，分别有效增加了节点区域的高度、面积和刚度。
(3)本发明设置钢构造以引导集中力的传递和扩散。在靠近节点的组合梁板上表面设置抗拉钢板，与组合板可靠连接后可替代混凝土承受负弯矩区的拉应力；组合梁与节点过渡区上下均采用加劲L型钢板连接，方形节点内部在抗拉钢板和钢梁底部两个高度设置拉结钢板，钢管混凝土柱内部于节点高度处设置环向加劲肋，引导截面上下两个集中力的传递和扩散。
(4)本发明充分发挥约束混凝土的材料性能。该节点未损伤圆钢管混凝土截面，充分保证圆钢管内部混凝土处于最佳约束状态；节点方形区域形成封闭空腔并浇筑混凝土，形成三相约束混凝土；靠近节点的组合梁板区域设置抗拉钢板，使得组合梁板中负弯矩区的再生混凝土处于压型钢板和抗拉钢板夹层里，近似处于约束状态；拉结螺栓、拉结肋板、环向加劲肋和竖向加劲肋与相邻混凝土相互挤压，进一步增加了界面的相互作用。
(5)本发明将再生混凝土应用在力学要求更低、用量更大的区域。竖向承重构件和梁柱节点的重要性和力学要求更高，采用高强混凝土或其它高性能混凝土；横向承重构件对混凝土要求更低，但总体用量更大，采用部分或全部使用再生粗骨料、再生细骨料或再生微粉的再生混凝土，在满足使用要求的基础上可大量应用再生混凝土，推进绿色建筑的发展。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的立体示意图；
图2为所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的剖面示意图；
其中，1-抗拉钢板；2-拉结螺栓；3-上部加劲L型连接板；4-下部加劲L型连接板；5-上部钢板；6-拉结钢板；7-下部钢板；8-侧面钢板；9-节点内混凝土；10-环向加劲肋；11-竖向加劲肋；12-圆钢管；13-圆钢管内混凝土；14-钢梁；15-压型钢板；16-组合梁板内混凝土；17-抗拉钢板浇筑孔；18-上部钢板浇筑孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
具体实施方式一：参见图1-2说明本实施方式。本实施方式所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造，包括组合梁板、方形节点和圆钢管高强混凝土柱，所述圆钢管高强混凝土柱外垂直安装有方形节点，所述组合梁板与方形节点固连，
其中组合梁板包括抗拉钢板1、拉结螺栓2、组合梁板内混凝土16、压型钢板15、上部加劲L型连接板3和下部加劲L型连接板4；所述拉结螺栓2将抗拉钢板1、组合梁板内混凝土16和压型钢板15夹紧连接，所述钢梁14位于压型钢板15的下方
所述圆钢管高强混凝土柱包括环向加劲肋10、竖向加劲肋11、圆钢管12和圆钢管内混凝土13，所述圆钢管12内浇筑有圆钢管内混凝土13，所述圆钢管12内纵向设置有若干竖向加劲肋11，所述圆钢管12内横向设置有环向加劲肋10，
所述方形节点包括上部钢板5、拉结钢板6、下部钢板7、侧面钢板8和节点内混凝土9；所述上部钢板5与下部钢板7间水平设置有若干拉结钢板6，所述侧面钢板8与上部钢板5、拉结钢板6和下部钢板7垂直固连，其围成的结构内浇筑有节点内混凝土9，所述上部钢板5、拉结钢板6和下部钢板7均与圆钢管12垂直固连，
所述抗拉钢板1通过上部加劲L型连接板3与侧面钢板8焊接或栓接，钢梁14通过下部加劲L型连接板4与侧面钢板8焊接或栓接。
所述上部钢板5上设置有若干上部钢板浇筑孔18。
所述抗拉钢板1、拉结螺栓2、上部加劲L型连接板3、下部加劲L型连接板4、上部钢板5、拉结钢板6、下部钢板7、侧面钢板8、环向加劲肋10和竖向加劲肋11所用钢材强度不低于Q345。
所述拉结螺栓2直径不低于8mm。所述圆钢管高强混凝土柱直径不低于1m。
所述钢管内混凝土13和节点内混凝土9为高强混凝土或高强再生混凝土，强度≥C60，所述组合梁板内混凝土16为再生混凝土，强度为C30～C60。
所述拉结钢板6在钢梁14下翼缘高度和抗拉钢板1高度各布置一道。
所述抗拉钢板1厚度和分布看做抗拉钢筋面积按照《组合结构设计规范》(JGJ138-2016)计算，下表面为有印花纹的毛面，所述抗拉钢板1上开设抗拉钢板浇筑孔17。
所述钢-再生混凝土组合梁、圆钢管高强混凝土柱，尺寸规格按照《组合结构设计规范》(JGJ138-2016)设计。
所述上部加劲L型连接板3和下部加劲L型连接板4钢板厚度不低于10mm，在留出连接空间和浇筑孔17位置后上部加劲L型连接板3的高度、宽度和位置灵活设置，下部加劲L型连接板4宽度比钢梁14宽20mm，并设置多道加劲肋。
所述上部钢板5、拉结钢板6、下部钢板7和侧面钢板8厚度不低于10mm，下部钢板7最窄处不低于80mm，拉结钢板6长度不超过节点宽度的一半，上部钢板5四个角部开设浇筑孔18，侧面钢板8高度不少于组合梁高的2倍。
所述环向加劲肋10和竖向加劲肋11厚度不超过圆钢管12厚度的一半；宽度为圆钢管12直径的1/10～1/5。
所述环向加劲肋10位于钢梁14中心位置高度，所述竖向加劲肋11位于组合梁板方向于圆钢管12内壁通长焊接。
所述圆钢管高强混凝土柱直径为1m及以上，在方形节点制作为方形封闭空腔并填充混凝土，一方面提供良好的连接平面，另一方面有效增加节点区域的高度、面积和刚度.
本发明所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的工作原理为：
结合方钢管混凝土和圆钢管混凝土各自的优势，将圆钢管高强混凝土柱节点区域做成方形，以提供良好的连接平面，并以此形成节点区域加强的形式，将方形区域形成封闭空腔并浇筑混凝土，在节点区域形成了多重约束，有效增加节点的高度、面积和刚度。
在靠近节点的组合梁板上表面设置抗拉钢板1，与组合梁板可靠连接后可替代混凝土承受负弯矩区的拉应力，在组合梁与节点的过渡区上下均设置若干加劲L型连接板，在方形节点内部设置两道拉结钢板6，在钢管混凝土柱内部设置环向加劲肋10和竖向加劲肋11，以引导节点处集中力的传递和扩散。
圆钢管内混凝土13和节点内混凝土9中采用高强混凝土或其它高性能混凝土，组合梁板中采用再生混凝土，三个区域的混凝土均处于约束状态，以充分发挥混凝土的材料性能，在满足使用要求的基础上可大量应用再生混凝土，推动再生混凝土组合结构的应用和发展。
所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法为：
首先制作若干环向加劲肋板10和竖向加劲肋板11，分别焊接在圆钢管内部的相应位置，在肋板交叉区域，应断开竖向加劲肋板11，保持环向加劲肋板10的完整，在节点区域焊接两道拉结钢板6，然后将侧面钢板8与拉结钢板6焊接以固定侧面钢板8，最后焊接上部钢板5、下部钢板7，上述工序可在工厂预先完成。焊接完成后浇筑钢管内混凝土13，若有钢筋笼的设计应一并放入，随后通过上部钢板浇筑孔18完成节点内混凝土9浇筑。
将钢梁14的下翼缘板通过下部加劲L型连接板4与侧面钢板8焊接或栓接，若采用栓接应提前开螺栓孔，钢梁14的其他部分与侧面钢板8焊接，然后完成组合梁板的支模，抗拉钢板1通过若干上部加劲L型连接板3与侧面钢板8焊接或栓接以固定位置，抗拉钢板1通过拉结螺栓2与压型钢板15简单固定，通过抗拉钢板浇筑孔17浇筑组合梁板内混凝土16，在组合梁板内混凝土16硬化后，将拉结螺栓2拧紧即可。
本发明目的在于提供一种钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造，通过在组合梁板区、方形节点、圆钢管高强混凝土柱三个区域设置构造加强，以保证竖向承重构件的完整性及组合梁的负弯矩区抗弯能力，保证集中力的有效传递和扩散，满足“强节点，弱杆件”的设计要求。在圆钢管高强混凝土柱和梁柱节点中采用高强混凝土或其它高性能混凝土，在组合梁板中采用再生混凝土，三个区域的混凝土均处于约束状态，以充分发挥混凝土的材料性能，在满足使用要求的基础上可大量应用再生混凝土。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)首先制作环向加劲肋(10)和竖向加劲肋(11)，分别焊接在圆钢管(12)内部的相应位置，在方形节点处焊接两道拉结钢板(6)，然后将侧面钢板(8)与拉结钢板(6)焊接以固定侧面钢板(8)，最后焊接上部钢板(5)和下部钢板(7)，上述工序在工厂预先完成；
(2)焊接完成后浇筑圆钢管内混凝土(13)，若有钢筋笼的设计应一并放入，随后通过上部钢板浇筑孔(18)完成节点内混凝土(9)浇筑；
(3)将钢梁(14)的下翼缘板通过下部加劲L型连接板(4)与侧面钢板(8)焊接或栓接，钢梁(14)的其他部分与侧面钢板(8)焊接，
(4)然后完成组合梁板的支模，抗拉钢板(1)通过若干上部加劲L型连接板(3)与侧面钢板(8)焊接或栓接以固定位置，抗拉钢板(1)通过拉结螺栓(2)与压型钢板(15)固定，通过抗拉钢板浇筑孔(17)浇筑组合梁板内混凝土(16)，在组合梁板内混凝土(16)硬化后，将拉结螺栓(2)拧紧即可。
2.一种应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，包括组合梁板、方形节点和圆钢管高强混凝土柱，所述圆钢管高强混凝土柱外垂直安装有方形节点，所述组合梁板与方形节点固连，
其中组合梁板包括抗拉钢板(1)、拉结螺栓(2)、组合梁板内混凝土(16)、压型钢板(15)、钢梁(14)、上部加劲L型连接板(3)和下部加劲L型连接板(4)；所述拉结螺栓(2)将抗拉钢板(1)、组合梁板内混凝土(16)和压型钢板(15)夹紧连接，所述钢梁(14)位于压型钢板(15)的下方，
所述圆钢管高强混凝土柱包括环向加劲肋(10)、竖向加劲肋(11)、圆钢管(12)和圆钢管内混凝土(13)，所述圆钢管(12)内浇筑有圆钢管内混凝土(13)，所述圆钢管(12)内纵向设置有若干竖向加劲肋(11)，所述圆钢管(12)内横向设置有环向加劲肋(10)，
所述方形节点包括上部钢板(5)、拉结钢板(6)、下部钢板(7)、侧面钢板(8)和节点内混凝土(9)；所述上部钢板(5)与下部钢板(7)间水平设置有若干拉结钢板(6)，所述侧面钢板(8)与上部钢板(5)、拉结钢板(6)和下部钢板(7)垂直固连，其围成的结构内浇筑有节点内混凝土(9)，所述上部钢板(5)、拉结钢板(6)和下部钢板(7)均与圆钢管(12)垂直固连，
所述抗拉钢板(1)通过上部加劲L型连接板(3)与侧面钢板(8)焊接或栓接，所述钢梁(14)通过下部加劲L型连接板(4)与侧面钢板(8)焊接或栓接。
3.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述抗拉钢板(1)的下表面为有印花纹的毛面，所述抗拉钢板(1)上开设若干抗拉钢板浇筑孔(17)，所述上部钢板(5)上开设有若干上部钢板浇筑孔(18)。
4.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述上部钢板(5)、拉结钢板(6)、下部钢板(7)和侧面钢板(8)厚度不低于10mm，下部钢板(7)最窄处不低于80mm，拉结钢板(6)长度不超过方形节点宽度的一半，侧面钢板(8)高度不少于组合梁板高度的2倍。
5.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述抗拉钢板(1)、拉结螺栓(2)、上部加劲L型连接板(3)、下部加劲L型连接板(4)、上部钢板(5)、拉结钢板(6)、下部钢板(7)、侧面钢板(8)、环向加劲肋(10)和竖向加劲肋(11)所用钢材强度不低于Q345。
6.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述拉结螺栓(2)直径不低于8mm。
7.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述圆钢管高强混凝土柱直径不低于1m。
8.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述圆钢管内混凝土(13)和节点内混凝土(9)为高强混凝土或高强再生混凝土，强度≥C60，所述组合梁板内混凝土(16)为再生混凝土，强度为C30～C60。
9.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述环向加劲肋(10)和竖向加劲肋(11)厚度不超过圆钢管(12)厚度的一半；宽度为圆钢管(12)直径的1/10～1/5。
10.根据权利要求2所述的应用权利要求1所述的钢-再生混凝土组合梁与圆钢管高强混凝土柱的节点构造的施工方法制造的节点构造，其特征在于，所述拉结钢板(6)在钢梁(14)下翼缘高度和抗拉钢板(1)高度各布置一道。
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