[發(fā)明專利]一種圓鋼管約束型鋼混凝土柱與鋼梁節(jié)點結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2015-06-18
• 公開（公告）號: CN105040828B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 聶少鋒;霍洋洋;管宇
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學
• 主分類號: E04B1/58
• 分類號: E04B1/58
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種圓鋼管約束型鋼混凝土柱與鋼梁節(jié)點結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)豎向承重柱主要包括鋼管混凝土柱和型鋼混凝土柱兩種形式。這兩種組合柱承載力高、抗震性能好、造價適中，為結(jié)構(gòu)工程師所青睞，成為高層建筑框架柱的首選構(gòu)件形式。但是，隨著工程實踐的積累和高強結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展，它們逐漸表現(xiàn)出了一定的局限性。鋼管混凝土的延性優(yōu)于鋼筋混凝土，然而鋼管混凝土柱中鋼管在進入彈塑性階段后才對核心混凝土產(chǎn)生有效的約束作用，約束效果不強，且鋼管與混凝土共同承擔軸向荷載易引起鋼管板件屈曲，導致柱子抗震性能下降。鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁連接時，節(jié)點常采用穿筋式和外加強環(huán)式兩種，節(jié)點設(shè)計復雜，施工難度大。型鋼混凝土柱中則需設(shè)鋼筋籠以保證混凝土與型鋼的共同作用，致使截面型鋼和鋼筋分布密集，混凝土澆筑和振搗困難，且型鋼混凝土柱中混凝土受約束不足，導致軸壓比限值偏低，不能充分利用鋼材和混凝土的承載能力。

在長期的科研工作和工程實踐基礎(chǔ)上，周緒紅等提出了一種新型組合柱結(jié)構(gòu)形式—鋼管約束型鋼混凝土柱。鋼管約束型鋼混凝土柱的外包鋼管在梁柱節(jié)點處斷開，不通過節(jié)點核心區(qū)，鋼管不直接承擔縱向荷載，只對核心混凝土起約束作用。鋼管約束型鋼混凝土柱繼承了鋼管混凝土柱和型鋼混凝土柱的優(yōu)勢，鋼管對混凝土施加了連續(xù)約束作用，提高了混凝土的抗壓強度并改善了混凝土的延性；型鋼的存在提高了柱子的抗剪能力；混凝土的存在彌補了型鋼及空鋼管易屈曲失穩(wěn)的缺點。基于鋼管約束型鋼混凝土優(yōu)越的力學性能，國內(nèi)外學者近年來對其進行了深入的研究。研究表明，鋼管約束型鋼混凝土柱抗壓、抗剪承載力高，抗震性能優(yōu)越，層間變形能力強，抗火性能好，施工方便，能充分利用高強材料性能，是一種具有廣泛發(fā)展前景的組合結(jié)構(gòu)形式。

目前，對鋼管約束型鋼混凝土的研究主要集中于構(gòu)件的靜力與抗震性能，對鋼管約束型鋼混凝土柱—鋼梁節(jié)點的研究尚未深入系統(tǒng)開展。框架梁柱節(jié)點是框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，節(jié)點核心區(qū)的力學性能對結(jié)構(gòu)的整體剛度和受力性能起著關(guān)鍵性的作用。歷次震害表明，節(jié)點區(qū)是地震作用下容易發(fā)生損壞的部位，節(jié)點區(qū)承載能力或變形能力不足是導致結(jié)構(gòu)破壞的重要原因。傳統(tǒng)鋼管混凝土梁柱的穿筋式和外加強環(huán)式等節(jié)點形式，不同程度上都須依靠鋼管傳遞剪力，從而使鋼管直接承受縱向力。而采用鋼管約束型鋼混凝土框架柱時，由于受力模式的本質(zhì)區(qū)別，鋼管在節(jié)點區(qū)斷開，節(jié)點區(qū)偏弱，傳統(tǒng)節(jié)點無法沿用。要推廣鋼管約束型鋼混凝土柱這種受力性能良好的新型組合構(gòu)件，必須研究設(shè)計與之相適應的節(jié)點。

綜上所述，鋼管約束型鋼混凝土柱的力學性能優(yōu)越，具有廣泛應用前景。但由于柱外包鋼管在節(jié)點區(qū)斷開，與傳統(tǒng)組合柱的受力模式有本質(zhì)區(qū)別，不同程度依靠外包鋼管傳遞剪力的傳統(tǒng)節(jié)點無法沿用，而適用于鋼管約束型鋼混凝土柱的節(jié)點研究尚未系統(tǒng)展開，幾乎空白，嚴重制約了鋼管約束型鋼混凝土的應用與發(fā)展。

節(jié)點性能研究是亟待解決的關(guān)鍵科學問題，因此，系統(tǒng)深入研究鋼管約束型鋼混凝土柱與鋼梁節(jié)點受力性能，提出符合“強節(jié)點，弱構(gòu)件”設(shè)計原則，承載力高，整體性好，傳力明確，且安全可靠，施工方便的節(jié)點形式，是鋼管約束鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)研究方面亟待解決的關(guān)鍵科學問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種圓鋼管約束型鋼混凝土柱與鋼梁節(jié)點結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的節(jié)點區(qū)強度強，抗震性能優(yōu)良，承載力高，整體性好，傳力明確，并且安全、可靠。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的圓鋼管約束型鋼混凝土柱與鋼梁節(jié)點結(jié)構(gòu)包括核心型鋼、第一加勁肋、第二加勁肋、第三加勁肋、第四加勁肋、第一圓鋼管、第二圓鋼管、第一鋼梁、第二鋼梁、第三鋼梁及第四鋼梁；

所述核心型鋼包括第一型鋼腹板及第二型鋼腹板，第一型鋼腹板及第二型鋼腹板固定連接形成十字形型鋼結(jié)構(gòu)，第一型鋼腹板的兩端分別固定有第一型鋼翼緣及第二型鋼翼緣，第二型鋼腹板的兩端分別固定有第三型鋼翼緣及第四型鋼翼緣，第一型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面通過第一加勁肋與第三型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面相連接，第一型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面通過第二加勁肋與第四型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面相連接，第二型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面通過第三加勁肋與第三型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面相連接，第二型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面通過第四加勁肋與第四型鋼翼緣的內(nèi)側(cè)面相連接；