[發明專利]一種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節點

在審

• 申請號: 201510329959.4
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN104947802A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 周學軍;林彥;楊融謙
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: E04B1/58
• 分類號: E04B1/58;E04B1/98
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 倫文知

技術領域

本發明涉及的是一種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁，尤其是一種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節點。

背景技術

鋼管混凝土柱是指在鋼管內填充混凝土而形成的豎向構件，具有承載力高、塑性和延性好、剛度大、施工方便、耐火性能好等優點，近年來受到了工程界的廣泛關注，在多高層建筑、橋梁工程中得到越來越多的應用。根據截面形式不同，鋼管混凝土柱可以分為圓鋼管混凝土柱、矩形鋼管混凝土柱以及多邊形鋼管混凝土柱。外包U形鋼混凝土組合梁是將鋼板直接焊接或冷彎成帶外翻邊的U形鋼，然后在U形鋼內部及其上翼緣上部澆筑混凝土，并通過抗剪連接件將U形鋼與T形截面混凝土連接在一起共同承擔荷載，具有強度高、穩定性好、延性好、耐火性好、施工便捷等優越的性能。因而，由鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁形成的結構體系具有以下顯著的優越性：

(1)能充分發揮鋼材、混凝土兩種材料的特性，材料消耗少：外包U形鋼混凝土組合梁與鋼管混凝土柱承載力高、剛度大，使得構件截面大幅度減小，不僅有效增大了空間使用面積，而且減少了鋼材和混凝土的用量，有效降低了資源的消耗；

(2)工業化生產程度高：外包U形鋼與鋼管均可在工廠生產，其機械化、商品化程度較高，質量可靠穩定，有利于實現建筑技術的集成化和產業化；

(3)耐火性能增強：外包U形鋼與鋼管內填充的混凝土是較好的耐火材料，可吸收熱量，延長構件的升溫時間，增強結構的耐火性能；

(4)施工能耗低，施工速度快：外包U形鋼與鋼管不僅是受力構件，而且均可作為澆筑混凝土的模板，另外U形鋼外伸的上翼緣可兼做樓板模板的支承，從而減少模板用量、腳手架搭設及支模工序，減少現場濕作業量、噪聲和粉塵，符合綠色生態文明環保的建筑施工要求；

(5)材料回收利用率較高：該類結構部分材料是鋼材，屬于再生材料，當建筑物壽命周期結束時，其結構鋼材可被回收利用；

(6)可采用與結構體系配套的輕質墻板、復合樓板等新型材料，具有良好的隔音保溫性能，符合建筑節能的要求。

由此可見，鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁形成的結構體系具有良好的社會效益和經濟效益。特別是隨著國民經濟建設的高速發展、住宅產業化的推廣，這種綠色結構體系的應用前景將十分廣闊。

在結構體系中，節點對結構來說無疑是最重要的，是結構構件間的傳力樞紐，直接關系到結構的工作性能和安全性，合理的節點形式是開拓新型結構體系的前提。然而，目前國內外還沒有外包U形鋼混凝土組合梁與鋼管混凝土柱形成的結構體系的應用實例和相關研究資料，主要是因為可用的節點形式非常匱乏。因此，隨著對構件研究的不斷深入，研究外包U形鋼混凝土組合梁與鋼管混凝土柱連接節點的合理構造形式，是開拓、推動這種綠色結構體系在工程中應用的關鍵技術，具有重要的理論意義和實用價值。

目前，有三種鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁的連接節點形式：(1)在組合梁底板位置處的鋼管外側設置下加強環板，并與組合梁底板搭接焊，組合梁側板與鋼管壁直接焊接，負彎矩鋼筋通過在鋼管壁上打孔連續貫通節點區；(2)在組合梁底板與翼板負彎矩鋼筋位置處的鋼管外側設置上下加強環板，組合梁底板與下加強環板搭接焊，負彎矩鋼筋在節點區斷開，并與上加強環板焊接，組合梁側板與鋼管壁直接焊接；(3)對于寬扁梁，在節點上焊接類似“扁擔”的負彎矩鋼板，在組合梁底板位置處的鋼管外側設置外環板，組合梁底板與外環板焊接、上翼緣及側板采用角焊縫與鋼管壁直接連接。

現有的鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁連接節點的可用形式很少。雖然鋼管混凝土柱與外包U形鋼混凝土組合梁的連接可以借鑒上述三種連接節點的構造處理，但是這三種節點形式存在以下缺點。

1、結構形式(1)：負彎矩鋼筋貫通型

(1)由于組合梁底板與下加強環板采用搭接焊，在地震荷載作用下，焊縫容易開裂，無法滿足抗震要求；

(2)由于負彎矩鋼筋全部貫通節點區，鋼管壁上開洞數量多，因而對鋼管承載力消弱較大，需要采取相應的補強措施，如補焊鋼板、加勁肋、鋼筋等，不僅增加了用鋼量，而且增大了施工難度；

(3)由于組合梁側板與鋼管壁采用焊縫連接，現場焊接工作量大，不僅費力費時，而且焊縫質量難以保證，不利于大型工程使用。

2、結構形式(2)：負彎矩鋼筋與加強環板焊接型

(1)由于組合梁底板與下加強環板采用搭接焊，在地震荷載作用下，焊縫容易開裂，無法滿足抗震要求；