貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)的制作方法
【專利摘要】貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，包括多腔室鋼管混凝土組合柱和工字鋼梁，所述多腔室鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間設(shè)置有隔板；每個暗柱上設(shè)置有第一貫穿隔板和第二貫穿隔板，第一貫穿隔板和第二貫穿隔板水平設(shè)置且伸出暗柱，第一貫穿隔板與工字鋼梁的上翼緣連接，第二貫穿隔板與工字鋼梁的下翼緣連接。由于貫穿隔板完全貫穿暗柱，貫穿隔板伸出暗柱，所以貫穿隔板橫向尺寸較梁寬，梁腹板通過雙連接板與多腔室鋼管混凝土組合柱相連，實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。貫穿隔板僅貫穿了暗柱，對柱截面的削弱較少，有效的保證了多腔室鋼管混凝土柱的豎向傳力。
【專利說明】
貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]鋼結(jié)構(gòu)是一種產(chǎn)業(yè)化的建筑體系，滿足標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化制作、裝配化施工、信息化管理的建筑工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)場裝配化施工節(jié)約大量人工，且施工廢料少，節(jié)能環(huán)保。鋼結(jié)構(gòu)體系中鋼柱，鋼梁，支撐等構(gòu)件，人工制做仍有相當(dāng)大的比例，鋼柱多為方矩形柱，在住宅應(yīng)用中，室內(nèi)有鋼柱凸角，給建筑布置帶來不便。
[0003]傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)需要現(xiàn)場大量人工，而且施工中木材應(yīng)用較多，廢水、揚(yáng)塵等污染嚴(yán)重，不符合國家節(jié)能環(huán)保的政策要求。但混凝土結(jié)構(gòu)中剪力墻結(jié)構(gòu)體系，在提供較好抗側(cè)剛度的同時，建筑布局靈活。特別是在住宅結(jié)構(gòu)中，剪力墻較薄，與建筑分割墻體可以有益結(jié)合，提供舒適的室內(nèi)空間。
[0004]已有研究將混凝土結(jié)構(gòu)中的剪力墻結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合，提出多腔室鋼管混凝土組合柱這種新型的抗側(cè)移構(gòu)件，充分發(fā)揮混凝土剪力墻的建筑布局靈活的同時，兼有鋼結(jié)構(gòu)制做工業(yè)化程度高、施工速度快的特點(diǎn)。但節(jié)點(diǎn)域構(gòu)造復(fù)雜，制做成本高?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決現(xiàn)有多腔室鋼管混凝土組合柱梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，制做成本高的問題， 本實(shí)用新型的目的在于提供貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造簡單，施工方便快捷，便于工業(yè)化生產(chǎn)，材料利用率高，有利于節(jié)約材料，減少成本。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱工字鋼梁節(jié)點(diǎn)，包括多腔室鋼管混凝土組合柱和工字鋼梁，所述多腔室鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間設(shè)置有隔板;每個暗柱上設(shè)置有第一貫穿隔板和第二貫穿隔板，第一貫穿隔板和第二貫穿隔板水平設(shè)置并且伸出暗柱，第一貫穿隔板與工字鋼梁的上翼緣連接，第二貫穿隔板與工字鋼梁的下翼緣連接。
[0008]所述工字鋼梁的腹板通過連接板與多腔室鋼管混凝土組合柱相連。
[0009]所述連接板采用角焊縫設(shè)置在多腔室鋼管混凝土組合柱上。[〇〇1〇]所述工字鋼梁的腹板與連接板通過螺栓相連。
[0011]所述暗柱從下向上包括相連接的第一段暗柱、第二段暗柱和第三段暗柱。
[0012]所述第一貫穿隔板設(shè)置在第一段暗柱與第二段暗柱之間，第二貫穿隔板設(shè)置在第二段暗柱與第三段暗柱之間。
[0013]第一貫穿隔板和第二貫穿隔板伸出暗柱的長度為15_。[〇〇14]所述第一貫穿隔板與工字鋼梁的上翼緣通過坡口焊連接，第二貫穿隔板與工字鋼梁的下翼緣通過坡口焊連接。
[0015]所述第一貫穿隔板和第二貫穿隔板上開設(shè)有通孔。
[0016]本實(shí)用新型包括多腔室鋼管混凝土組合柱，工字型鋼梁，貫穿式隔板。與一般方鋼管貫穿隔板式節(jié)點(diǎn)不同的是，隔板貫穿多腔室鋼管混凝土組合柱兩端暗柱，而不貫穿柱身， 節(jié)約材料，減少施工難度的同時，還能減少對柱截面的削弱。梁腹板與多腔室鋼管混凝土組合柱通過豎向連接板螺栓連接。
[0017]所述多腔室鋼管混凝土組合柱兩端暗柱，在貫穿隔板的位置斷開，間隔距離與貫穿隔板厚度尺寸相同，作為貫穿隔板與暗柱的連接處。
[0018]所述貫穿隔板采用雙面角焊縫和多腔室鋼管混凝土組合柱暗柱相連。
[0019]所述貫穿隔板在多腔室鋼管混凝土組合柱外面的外伸部分采用坡口焊和工字鋼梁上下翼緣相連。
[0020]所述工字鋼梁腹板通過雙連接板采用高強(qiáng)摩擦型螺栓和多腔室鋼管混凝土組合柱相連，雙連接板與多腔室鋼管混凝土組合柱通過豎向角焊縫連接。[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0022]1、由于貫穿隔板完全貫穿暗柱，貫穿隔板伸出暗柱，所以貫穿隔板橫向尺寸較梁寬，梁腹板通過雙連接板與多腔室鋼管混凝土組合柱相連，實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。[〇〇23]2、由于貫穿隔板僅貫穿了暗柱，而沒有完全貫穿多腔室鋼管混凝土組合柱，對柱截面的削弱較少，有效的保證了多腔室鋼管混凝土柱的豎向傳力。[〇〇24]3、該節(jié)點(diǎn)與一般完全貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土柱梁柱節(jié)點(diǎn)相比，減少了加工時的焊接工作量，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造更加簡單，材料利用率更高，有利于節(jié)約材料，減少環(huán)境污染，更加綠色環(huán)保。
[0025]4、該節(jié)點(diǎn)與一般外隔板式節(jié)點(diǎn)相比，施工時焊接工作量更少，且施工方便，能有效的保證施工的質(zhì)量和施工速度?！靖綀D說明】
[〇〇26]圖1是貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱工字鋼梁節(jié)點(diǎn)立面構(gòu)造圖；[〇〇27]圖2是工字鋼梁與多腔室鋼管混凝土組合柱連接詳圖；[〇〇28]圖3是貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱工字鋼梁節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)部構(gòu)造詳圖；[〇〇29]圖4是貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱工字鋼梁節(jié)點(diǎn)三維圖；[〇〇3〇]圖5是貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱工字鋼梁節(jié)點(diǎn)三維爆炸圖。[〇〇31]圖6為梁上下翼緣屈服示意圖。[〇〇32]圖7為梁端出現(xiàn)塑性鉸示意圖。[〇〇33]圖8為蓋板破壞示意圖。[〇〇34]圖9為最終破壞示意圖。[〇〇35]圖10為滯回曲線圖。[〇〇36]圖中，1為工字鋼梁，2為多腔室鋼管混凝土組合柱，3為多腔室鋼管混凝土柱暗柱部分，4為第一貫穿隔板，5為連接板，6為第二貫穿隔板?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇37] 參照圖1至圖5,本實(shí)用新型包括多腔室鋼管混凝土組合柱，多腔室鋼管混凝土組合柱兩端的每個暗柱上設(shè)置有兩個間隔設(shè)置的第一貫穿隔板4和第二貫穿隔板6,所述第一貫穿隔板4和第二貫穿隔板6上開設(shè)有通孔。第一貫穿隔板4和第二貫穿隔板6均為水平設(shè)置并且伸出暗柱，第一貫穿隔板4與工字鋼梁1的上翼緣連接，第二貫穿隔板6與工字鋼梁1的下翼緣連接。工字鋼梁1的腹板通過連接板5與多腔室鋼管混凝土組合柱2相連。暗柱從下向上包括相連接的第一段暗柱、第二段暗柱和第三段暗柱。
[0038]如圖1至圖3所示，貫穿隔板4為水平放置，且與工字鋼梁1的翼緣平齊，貫穿隔板完全貫穿暗柱且伸出暗柱外側(cè)，伸出暗柱外側(cè)的貫穿隔板的長度為15mm。貫穿隔板4伸出暗柱部分與工字鋼梁1的上翼緣、下翼緣采取坡口焊相連。[〇〇39]如圖1至圖3所示，工字鋼梁1的腹板通過連接板5與多腔室鋼管混凝土組合柱2相連，工字鋼梁1的腹板與連接板5之間采用高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接，連接板5采用角焊縫與多腔室鋼管混凝土組合柱2相連。
[0040]上述貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱工字鋼梁節(jié)點(diǎn)的裝配方法，包括如下步驟:
[0041](1)將第一貫穿隔板4和第二貫穿隔板6在多腔室鋼管混凝土組合柱2的暗柱上定位。[〇〇42](2)根據(jù)第一貫穿隔板4和第二貫穿隔板6在多腔室鋼管混凝土組合柱2上的定位，先焊接多腔室鋼管混凝土組合柱暗柱的第一段暗柱，再將第一貫穿隔板4焊接在第一段暗柱的頂部，在第一貫穿隔板4的頂部焊接第二段暗柱，再將第二貫穿隔板6設(shè)置在第二段暗柱的頂部，最后在第二貫穿隔板6的頂部設(shè)置第三段暗柱，完成暗柱的裝配。[〇〇43](3)在兩個暗柱之間設(shè)置相平行的腹板，兩個腹板之間的距離與暗柱的短邊寬度相同，并在兩個腹板之間設(shè)置隔板，隔板與兩端暗柱的距離相同，完成多腔室鋼管混凝土組合柱的裝配。
[0044](4)將連接板5在多腔室鋼管混凝土組合柱2上定位。
[0045](5)根據(jù)連接板5在多腔室鋼管混凝土組合柱2上的定位，將連接板5焊接到多腔室鋼管混凝土組合柱2的每個暗柱上。
[0046](6)將工字鋼梁1腹板與連接板5采用高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接，并使工字鋼梁1的上翼緣與第一貫穿隔板4平齊，下翼緣與第二貫穿隔板6平齊。[〇〇47](7)將工字鋼梁1上翼緣與第一貫穿隔板4、下翼緣與第二貫穿板6的伸出暗柱部分通過坡口焊相連。
[0048]本實(shí)用新型提供一種構(gòu)造更簡單實(shí)用，制做成本更低的梁柱節(jié)點(diǎn)，在擁有鋼結(jié)構(gòu)裝配化施工，施工速度快等特點(diǎn)的同時，還能保證梁柱節(jié)點(diǎn)擁有足夠的強(qiáng)度，滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的要求，對目前多腔室鋼管混凝土組合柱的推廣，將起到極大的推動作用。
[0049]下面對本實(shí)用新型的破壞模式和節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行說明。
[0050]現(xiàn)以多腔鋼管混凝土組合柱一鋼梁U形剛接節(jié)點(diǎn)為列說明新型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。 利用ABAQUS軟件對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析，節(jié)點(diǎn)柱為200x600的多腔鋼管混凝土組合柱，梁采用H350xl50x6X10的焊接工字鋼，節(jié)點(diǎn)處雙側(cè)板以及蓋板厚度均與梁翼緣同厚。有限元分析結(jié)果如下。[0051 ]1 ?破壞模式
[0052]本實(shí)用新型的多腔鋼管混凝土組合柱一鋼梁剛性連接節(jié)點(diǎn)，由于采用多腔鋼管混凝土組合柱，鋼管對混凝土有較強(qiáng)的約束作用，柱身整體的承載力以及延性均比較好，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求。本實(shí)用新型的連接節(jié)點(diǎn)的破壞順序如圖6-9所示。 (1)當(dāng)水平外力作用時，節(jié)點(diǎn)區(qū)域梁端上下翼緣首先進(jìn)入塑性，而蓋板和側(cè)板除了少部分應(yīng)力集中區(qū)域屈服外，其余大部分區(qū)域鋼材仍處于彈性階段(如圖6所示)。(2)隨著外力增大， 梁端先于其他部分首先出現(xiàn)塑性鉸(如圖7所示)，此時蓋板部分區(qū)域鋼材屈服進(jìn)入塑性階段，而側(cè)板除少部分應(yīng)力集中區(qū)域外，大部分區(qū)域鋼材仍處于彈性階段。(3)由于鋼材材料的強(qiáng)化作用，當(dāng)外力荷載持續(xù)增大時，蓋板兩側(cè)與側(cè)板連接區(qū)域鋼板剪切屈服，鋼材進(jìn)入塑性發(fā)展階段，此時節(jié)點(diǎn)側(cè)板大部分區(qū)域仍處于彈性階段，只有少部分應(yīng)力集中處鋼板屈服 (如圖8所示)。(4)如圖9所示，隨著荷載的不斷增加，結(jié)構(gòu)最終破壞，此時梁端上下翼緣屈曲，而側(cè)板仍只有部分進(jìn)入塑性階段，節(jié)點(diǎn)區(qū)域的側(cè)板大部分仍處于彈性階段。[〇〇53]2.節(jié)點(diǎn)的抗震性能
[0054]根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，結(jié)構(gòu)應(yīng)具備多道抗震設(shè)防線，避免因部分構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整體體系破壞，同時也要求結(jié)構(gòu)應(yīng)具備必要的強(qiáng)度、良好的變形能力和耗能能力。本實(shí)用新型的剛性連接節(jié)點(diǎn)，采用柱與梁端隔離的方式，通過全高度側(cè)板以及蓋板構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)連接件來傳遞梁端彎矩以及剪力。
[0055]由于上述的破壞順序，當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r，梁端首先出現(xiàn)塑性鉸，消耗一定的地震能量，之后蓋板剪切屈服，進(jìn)一步耗散地震能量，最終破壞時，節(jié)點(diǎn)區(qū)域側(cè)板只是部分屈服進(jìn)入塑性，大部分仍處于彈性階段。整體結(jié)構(gòu)滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。 [〇〇56]延性是指結(jié)構(gòu)或破壞之前，其承載力無顯著降低的條件下經(jīng)受非彈性變形能力， 在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，延性指標(biāo)是一個重要特性。多腔鋼管混凝土組合柱一鋼梁U形剛接節(jié)點(diǎn)的層間位移角為7% —10%，滿足我國規(guī)范要求。
[0057]當(dāng)結(jié)構(gòu)處于地震作用時，結(jié)構(gòu)有一個能量吸收和耗散的持續(xù)過程。當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)時，其抗震性能主要取決于構(gòu)件耗能能力。滯回曲線中加載階段曲線所包圍的面積可以反映結(jié)構(gòu)吸收能量的大小;而卸載時的曲線與加載時曲線所包圍的面積即為耗散能量。這些能量是通過材料的內(nèi)摩阻或局部損傷而將能量變?yōu)闊崮苌⑹У娇臻g中去。散失的能量越多，結(jié)構(gòu)破壞的可能性越小。由于上述的節(jié)點(diǎn)破壞順序，梁端以及蓋板先后耗散大量地震能量，最終保證節(jié)點(diǎn)的具有較好的耗能能力。如圖10所示，節(jié)點(diǎn)的滯回曲線飽滿，沒有明顯的捏縮現(xiàn)象，耗散大量地震能量，節(jié)點(diǎn)的耗能能力好，具有較強(qiáng)的抗震性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括多腔室鋼管混凝 土組合柱和工字鋼梁(1)，所述多腔室鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個暗柱之 間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間設(shè)置有隔板;每個暗柱上設(shè)置有第一貫穿隔板(4)和第二 貫穿隔板(6)，第一貫穿隔板(4)和第二貫穿隔板(6)水平設(shè)置并且伸出暗柱，第一貫穿隔板 (4)與工字鋼梁(1)的上翼緣連接，第二貫穿隔板(6)與工字鋼梁(1)的下翼緣連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 所述工字鋼梁(1)的腹板通過連接板(5)與多腔室鋼管混凝土組合柱(2)相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 所述連接板(5)采用角焊縫設(shè)置在多腔室鋼管混凝土組合柱(2)上。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 所述工字鋼梁(1)的腹板與連接板(5)通過螺栓相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 所述暗柱從下向上包括相連接的第一段暗柱、第二段暗柱和第三段暗柱。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 所述第一貫穿隔板(4)設(shè)置在第一段暗柱與第二段暗柱之間，第二貫穿隔板(6)設(shè)置在第二 段暗柱與第三段暗柱之間。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 第一貫穿隔板(4)和第二貫穿隔板(6)伸出暗柱的長度為15_。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 所述第一貫穿隔板(4)與工字鋼梁(1)的上翼緣通過坡口焊連接，第二貫穿隔板(6)與工字 鋼梁(1)的下翼緣通過坡口焊連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫穿隔板式多腔室鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)，其特征在于， 所述第一貫穿隔板(4)和第二貫穿隔板(6)上開設(shè)有通孔。
【文檔編號】E04B1/58GK205712508SQ201620472137
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】黃育琪, 郝際平, 樊春雷, 薛強(qiáng), 孫曉嶺, 劉斌, 陳永昌, 王磊, 劉瀚超, 何夢楠, 尹偉康, 趙子健, 張峻銘
【申請人】西安建筑科技大學(xué)