[实用新型]一种钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁，尤其是一种钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点。

背景技术

钢管混凝土柱是指在钢管内填充混凝土而形成的竖向构件，具有承载力高、塑性和延性好、刚度大、施工方便、耐火性能好等优点，近年来受到了工程界的广泛关注，在多高层建筑、桥梁工程中得到越来越多的应用。根据截面形式不同，钢管混凝土柱可以分为圆钢管混凝土柱、矩形钢管混凝土柱以及多边形钢管混凝土柱。外包U形钢混凝土组合梁是将钢板直接焊接或冷弯成带外翻边的U形钢，然后在U形钢内部及其上翼缘上部浇筑混凝土，并通过抗剪连接件将U形钢与T形截面混凝土连接在一起共同承担荷载，具有强度高、稳定性好、延性好、耐火性好、施工便捷等优越的性能。因而，由钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁形成的结构体系具有以下显著的优越性：

（1）能充分发挥钢材、混凝土两种材料的特性，材料消耗少：外包U形钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱承载力高、刚度大，使得构件截面大幅度减小，不仅有效增大了空间使用面积，而且减少了钢材和混凝土的用量，有效降低了资源的消耗；

（2）工业化生产程度高：外包U形钢与钢管均可在工厂生产，其机械化、商品化程度较高，质量可靠稳定，有利于实现建筑技术的集成化和产业化；

（3）耐火性能增强：外包U形钢与钢管内填充的混凝土是较好的耐火材料，可吸收热量，延长构件的升温时间，增强结构的耐火性能；

（4）施工能耗低，施工速度快：外包U形钢与钢管不仅是受力构件，而且均可作为浇筑混凝土的模板，另外U形钢外伸的上翼缘可兼做楼板模板的支承，从而减少模板用量、脚手架搭设及支模工序，减少现场湿作业量、噪声和粉尘，符合绿色生态文明环保的建筑施工要求；

（5）材料回收利用率较高：该类结构部分材料是钢材，属于再生材料，当建筑物寿命周期结束时，其结构钢材可被回收利用；

（6）可采用与结构体系配套的轻质墙板、复合楼板等新型材料，具有良好的隔音保温性能，符合建筑节能的要求。

由此可见，钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁形成的结构体系具有良好的社会效益和经济效益。特别是随着国民经济建设的高速发展、住宅产业化的推广，这种绿色结构体系的应用前景将十分广阔。

在结构体系中，节点对结构来说无疑是最重要的，是结构构件间的传力枢纽，直接关系到结构的工作性能和安全性，合理的节点形式是开拓新型结构体系的前提。然而，目前国内外还没有外包U形钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱形成的结构体系的应用实例和相关研究资料，主要是因为可用的节点形式非常匮乏。因此，随着对构件研究的不断深入，研究外包U形钢混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的合理构造形式，是开拓、推动这种绿色结构体系在工程中应用的关键技术，具有重要的理论意义和实用价值。

目前，有三种钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁的连接节点形式：（1）在组合梁底板位置处的钢管外侧设置下加强环板，并与组合梁底板搭接焊，组合梁侧板与钢管壁直接焊接，负弯矩钢筋通过在钢管壁上打孔连续贯通节点区；（2）在组合梁底板与翼板负弯矩钢筋位置处的钢管外侧设置上下加强环板，组合梁底板与下加强环板搭接焊，负弯矩钢筋在节点区断开，并与上加强环板焊接，组合梁侧板与钢管壁直接焊接；（3）对于宽扁梁，在节点上焊接类似“扁担”的负弯矩钢板，在组合梁底板位置处的钢管外侧设置外环板，组合梁底板与外环板焊接、上翼缘及侧板采用角焊缝与钢管壁直接连接。

现有的钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点的可用形式很少。虽然钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁的连接可以借鉴上述三种连接节点的构造处理，但是这三种节点形式存在以下缺点。

1、结构形式（1）：负弯矩钢筋贯通型

（1）由于组合梁底板与下加强环板采用搭接焊，在地震荷载作用下，焊缝容易开裂，无法满足抗震要求；

（2）由于负弯矩钢筋全部贯通节点区，钢管壁上开洞数量多，因而对钢管承载力消弱较大，需要采取相应的补强措施，如补焊钢板、加劲肋、钢筋等，不仅增加了用钢量，而且增大了施工难度；

（3）由于组合梁侧板与钢管壁采用焊缝连接，现场焊接工作量大，不仅费力费时，而且焊缝质量难以保证，不利于大型工程使用。

2、结构形式（2）：负弯矩钢筋与加强环板焊接型

（1）由于组合梁底板与下加强环板采用搭接焊，在地震荷载作用下，焊缝容易开裂，无法满足抗震要求；