申请/专利权人：潍坊学院

申请日：2019-04-30

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN110016973B

主分类号：E04B1/58

分类号：E04B1/58

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2019.08.09#实质审查的生效;2019.07.16#公开

摘要：本发明公开了装配式钢管柱‑钢梁抗连续倒塌节点构造及其施工方法，矩形钢管柱内腔浇筑填充有混凝土形成钢管混凝土柱，钢梁的端部设置有连接端板，连接端板通过连接件与矩形钢管柱固定连接，矩形钢管柱相对的两侧分别有两个钢梁，连接件包括设于连接端板上部的第一连接螺栓和设于连接端板下部的耗能装置，耗能装置包括耗能螺柱杆、第一弹簧、第二弹簧和耗能杆套，耗能螺柱杆设置有易断部、第一弹簧阻挡件和第二弹簧阻挡件，耗能杆套上设有第三弹簧阻挡件和第四弹簧阻挡件。该节点具有良好的变形能力和耗能能力，易形成“悬链线效应”，提高节点抗连续倒塌的能力，并且装配化程度高能减少施工现场的工作量，缩短施工工期。

主权项：1.装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，包括：矩形钢管柱和钢梁，所述矩形钢管柱内腔浇筑填充有混凝土形成钢管混凝土柱，所述钢梁的端部设置有连接端板，所述连接端板通过连接件与所述矩形钢管柱固定连接，所述矩形钢管柱相对的两侧分别设置有两个所述钢梁；其特征在于，所述连接件包括设于所述连接端板上部的第一连接螺栓和设于所述连接端板下部的耗能装置；所述耗能装置包括耗能螺柱杆，所述耗能螺柱杆设置有易断部，所述易断部两侧的所述耗能螺柱杆上分别设置有第一弹簧阻挡部和第二弹簧阻挡部，所述耗能螺柱杆套设有耗能杆套，所述耗能杆套的两端分别设置有第三弹簧阻挡部和第四弹簧阻挡部，所述第一弹簧阻挡部和所述第三弹簧阻挡部之间的所述耗能螺柱杆上套设有第一弹簧，所述第二弹簧阻挡部和所述第四弹簧组阻挡部之间的所述耗能螺柱杆上套设有第二弹簧；所述矩形钢管柱内腔固定有保护套筒，所述第一连接螺栓和所述耗能装置分别穿过所述保护套筒；所述耗能螺柱杆的中部设置有易断部。

全文数据：装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造及其施工方法技术领域本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造及其施工方法。背景技术结构的连续倒塌可以定义为：结构在正常使用的条件下，由于偶然事件的发生，引起结构局部构件发生初始损伤或破坏，这种破坏向发生初始破坏的局部构件的周边构件传播，引起更大范围的破坏甚至是结构整体性的破坏。建筑结构一旦发生连续倒塌将造成灾难性的后果，严重威胁了人民的生命和财产的安全，近年来，全球恐怖袭击事件时有发生，反恐形势日趋严峻。因此，降低局部破坏对整体结构的影响，增强结构跨越初始破坏的能力，改善结构的整体性能，提高结构抗连续倒塌能力，得到世界各国的广泛关注。近年来，我国积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑，随着装配式结构建筑产业化政策的密集出台，装配式建筑将会得到更广泛的应用。节点的性能直接影响到结构的整体性能，在装配式框架体系中梁柱节点的构造和性能对整个体系的力学性能起着十分重要的作用。当与节点相连的关键承重构件丧失承载能力时，节点的承载能力将直接决定了结构是否会发生连续倒塌。矩形钢管柱-钢梁框架结构是一种应用较为广泛的装配式框架结构，螺栓连接是这一结构体系常用的连接方式，这种节点具有构造简单、传力路径明确、无需现场施焊接，施工要求低的特点，与现场焊接的节点相比，装配式节点虽延性性能较好，但其承载能力、侧向刚度以及加载后期的耗能能力均低于现浇结构。并且目前的高强螺栓连接的矩形钢管柱-钢梁节点基本都存在变形能力和耗能能力不足的缺陷，在连续倒塌工况下容易出现节点先于构件破坏的现象，增加了结构发生连续倒塌的风险。图1为正常状态下矩形钢管混凝土柱-钢梁框架的结构示意图，图中示出由两根方的钢管混凝土柱1作为边柱1b、一根钢管混凝土柱1作为内柱1z和两根钢梁2作为两跨梁的框架结构，正常状态下该框架结构受上层建筑物A的荷载作用，该框架的钢梁2承受均布载荷，图2矩形钢管混凝土柱-钢梁框架在正常状态下钢梁的受力和弯矩图的示意图图2和图4中，q表示均布载荷，W表示弯矩，此时的内柱节点区内的钢梁上翼缘受拉下翼缘受压状态，此时的连接端板21的上部螺栓受拉，连接端板21的下部螺栓受螺母的预紧力。意外事件如爆炸、撞击等事件造成结构内柱1z的破坏如图3所示，结构由三柱两跨梁框架转化为两柱一跨梁框架，在均布荷载作用下框架梁的受力图和弯矩图如图4所示，此时内柱节点区内的钢梁上翼缘受压下翼缘受拉，即连接端板21的上部螺栓受压，连接端板21的下部螺栓受拉同，此时连接端板21下部的螺栓会被拉断失效，该处节点的承载力降低，加上上层建筑物A的压力连接端板21上部的螺栓也会失效，进而造成该处节点丧失承载能力，导致连续倒塌的发生。在结构连续倒塌过程中，结构的压拱机制以及悬链线机制可以有效提高结构的抗连续倒塌性能。在结构的抗连续倒塌设计中，当竖向承重构件被破坏后，剩余结构内部是否具有足够的有效的内力分配路径是结构满足抗倒塌性能的基本要求，而节点构件的变形能力和耗能性能，决定了结构在大变形下“悬链线效应”是否能有效的形成，也就是增加节点区域的耗能能力和节点构件的变形能力的有助于“悬链线效应”的形成，是剩余结构内力重分布顺利进行的重要保障。发明内容为克服上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，该节点具有良好的变形能力和耗能能力，提高节点抗连续倒塌的能力，并且装配化程度高能减少施工现场的工作量，缩短施工工期。作为同一个发明构思，本发明解决的另一个技术问题是提供一种装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造的施工方法，能快速装配装该配式矩形钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，包括：矩形钢管柱和钢梁，所述矩形钢管柱内腔浇筑填充有混凝土形成所述钢管混凝土柱，所述钢梁的端部设置有连接端板，所述连接端板通过连接件与所述矩形钢管柱固定连接，所述矩形钢管柱相对的两侧分别设置有两个所述钢梁；其特征在于，所述连接件包括设于所述连接端板上部的第一连接螺栓和设于所述连接端板下部的耗能装置；所述耗能装置包括耗能螺柱杆，所述耗能螺柱杆设置有易断部，所述易断部两侧的所述耗能螺柱杆上分别设置有第一弹簧阻挡部和第二弹簧阻挡部，所述耗能螺柱杆套设有耗能杆套，所述耗能杆套的两端分别设置有第三弹簧阻挡部和第四弹簧阻挡部，所述第一弹簧阻挡部和所述第三弹簧阻挡部之间的所述耗能螺柱杆上套设有第一弹簧，所述第二弹簧阻挡部和所述第四弹簧组阻挡件之间的所述耗能螺柱杆上套设有第二弹簧。优选的，所述矩形钢管柱内腔固定有保护套筒，所述第一连接螺栓和所述耗能装置分别穿过所述保护套筒。优选的，所述保护套筒的外周面上设置有增大所述混凝土附着力的结构。优选的，所述耗能螺柱杆的中部设置有易断部。优选的，所述耗能螺柱杆设置为两段，两段所述耗能螺柱的连接端焊接形成所述易断部。优选的，所述耗能螺柱杆的中部由去除材料的方式形成所述易断部。优选的，所述耗能杆套设置为两段，两段所述耗能杆套的连接端螺纹连接。优选的，所述耗能杆套设置为两段，两段所述耗能杆套的连接端焊接连接。优选的，所述第三弹簧阻挡部或第四弹簧阻挡部与所述耗能杆套螺纹连接。制作装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：A、构件的机加工：在钢构件车间加工所述的耗能装置和保护套筒，在所述矩形钢管柱和所述连接端板的上部分别开设相对应的螺栓孔，在所述矩形钢管柱和所述连接端板的下部分别开设相对应的所述耗能装置的安装孔；B、构件装配及矩形钢管柱填充：将所述保护套筒焊接在所述矩形钢管柱的内腔对应安装所述的螺栓孔和所述耗能装置的安装孔处并点焊定位，向所述矩形钢管柱内腔浇筑混凝土；C、施工现场节点安装：将B步骤中组装好的矩形钢管混凝土柱及构件安装在预设的现场安装位置，然后，在所述连接端板的上部用所述第一连接螺栓将两个相对的所述钢梁与所述矩形钢管柱固定连接，在所述连接端板的下部用所述耗能装置将两个相对的所述钢梁与所述矩形钢管柱固定连接。采用上述技术方案后，本发明的有益效果：本发明中两个钢梁的连接端板上部的采用第一连接螺栓与矩形钢管柱相对的两侧面固定连接，两个钢梁的连接端板下部的采用耗能装置与矩形钢管柱相对的两侧面固定连接，正常状态下，梁受向下的均布载荷的作用，节点的受力状况是：连接处的上端处于受拉状态连接处的下端处于受压状态，此时的第一连接螺栓处于受拉状态，耗能装置的耗能螺柱杆处于受螺母的预紧力状态。当结构发生初始破坏矩形钢管柱受到破坏时，节点受力状况是：上端处于受压状态，下端处于受拉状态，此时第一连接螺栓处于受压状态，耗能装置的耗能螺柱杆处于受拉状态，此时在荷载作用下，耗能螺柱杆在易断部断开成为两段，两段耗能螺柱杆分别受到各侧钢梁的连接端板的拉动作用向外侧位移并变形，每段耗能螺柱杆上的弹簧受压变形。由于第一弹簧和第二弹簧的变形消耗了部分载荷提高了节点的耗能能力，另外，耗能螺柱杆相两侧外移，相当于延长了钢梁的下翼缘的长度，提高了钢梁变形能力，从而保证了节点的变形能力，进而确保“悬链线效应”是有效的形成，提高了节点结构抗连续倒塌性能。在矩形钢管柱内腔两侧面之间固定有保护套筒，第一连接螺栓和耗能装置分别穿过保护套筒固定两连接端板和方形钢管柱。一方面，保护套筒与矩形钢管柱一起对管内混凝土进行约束，提高混凝土的强度；另一方面，减小浇筑混凝土时对第一连接螺栓和耗能装置的冲击力，同时避免混凝土直接与耗能装置以及第一连接螺栓结合，便于后期修缮时对破坏的第一连接螺栓以及耗能装置进行更换。施工时，大量的工作是工厂内完成的，现场施工是只需用第一连接螺栓和耗能装置将矩形钢管柱和钢梁固定，极大程度地减少了施工现场的工作量，保证了工程质量的同时提高了施工效率。附图说明图1是正常状态下矩形钢管混凝土柱-钢梁框架的结构示意图；图2是图1中的矩形钢管混凝土柱-钢梁框架在正常状态下钢梁的受力和弯矩图的示意图；图3是图1中的框架结构发生初始破坏矩形钢管柱受到破坏时矩形钢管混凝土柱-钢梁节点构的造结构示意图；图4是图3中框架在初始破坏状态下矩形钢管柱受到破坏后钢梁的受力和弯矩图的示意图；图5是本发明装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造的结构示意图；图6是图5中耗能装置的结构示意图；图7是图6中耗能装置的耗能螺柱杆被拉断时的结构示意图；图8是图5中B处的剖视放大视图；图中：1-矩形钢管柱，1b-边柱，1z-中柱，2-钢梁，21-连接端板，3-穿心螺栓，4-保护套筒，5-耗能装置，51-第一弹簧阻挡部，52-第二弹簧阻挡部，53-耗能螺柱杆，530-易断部，54-耗能杆套，541-第三弹簧阻挡部，542-第四弹簧组阻挡件，55-第一弹簧，56-第二弹簧，A-上层建筑物，q-均布载荷，M-弯矩。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图3所示的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，包括矩形钢管柱1和钢梁2，矩形钢管柱1内腔浇筑填充有混凝土形成钢管混凝土柱，钢梁2的端部设置有连接端板21，连接端板21通过连接件与矩形钢管柱1固定连接，钢梁2有两个分别位于矩形钢管柱1相对的两侧。连接件包括设于连接端板21上部的第一连接螺栓和设于连接端板下部的耗能装置5；耗能装置5包括：耗能螺柱杆53，耗能螺柱杆53设置有易断部530，易断部530两侧的耗能螺柱杆上分别设置有第一弹簧阻挡部51和第二弹簧阻挡部52，耗能螺柱杆53套设有耗能杆套54，耗能杆套54的两端分别设置有第三弹簧阻挡部541和第四弹簧阻挡部542，第一弹簧阻挡部51和第三弹簧阻挡部541之间的耗能螺柱杆53上套设有第一弹簧55，第二弹簧阻挡部52和第四弹簧组阻挡件542之间的耗能螺柱杆53上套设有第二弹簧56。本实施例中，耗能杆套54的两端缩口分别形成第三弹簧阻挡部541和第四弹簧组阻挡件542。如图5和图8共同所示，第一连接螺栓优选设置为贯穿两连接端板21和矩形钢管柱1两侧面的穿心螺栓3，也可以采用高强度的短螺栓连接。矩形钢管柱1内腔两侧面之间固定有保护套筒4，穿心螺栓3和所耗能装置5分别穿过保护套筒4。本发明中采用焊接的方式将套筒5保护套筒4固定在矩形钢管柱1内。一方面保护套筒4与矩形钢管柱1一起对管内混凝土进行约束，提高混凝土矩形钢管柱的强度；另一方，避免混凝土直接与穿心螺栓3以及耗能装置5直接与混凝土结合，在保护穿心螺栓3和耗能装置5的同时还便于对后期破坏的穿心螺栓3和和耗能装置5进行更换。为增加保护套筒4的表面附着力以便于与后期浇筑填充的混凝土的紧密结合，在保护套筒4的外面上加工凹槽或者加工凸起等增加混凝土附着力的结构。如图6所示，本实施例中在耗能螺柱杆53的中部设置易断部。可以将耗能螺柱杆53设置为整体式，再在耗能螺柱杆53的中部由去除材料的方式形成易断部530。也可以将耗能螺柱杆23设置为两段，两段耗能螺柱杆的连接端点焊形成易断部530。如图6和图7所示，为了能将耗能螺柱杆23装入到耗能杆套54内，本发明中的耗能杆套54设置为两段，两段耗能杆套54的连接端螺纹连接。或者两段耗能杆套54的连接端焊接连接。还可以将一端的第三弹簧阻挡部541设置为与耗能杆套螺纹连接或者焊接。也可以将一端的第四弹簧阻挡部542设置为与耗能杆套螺纹连接或者焊接。或者同时将第三弹簧阻挡部541和第四弹簧阻挡部542均设置为与耗能杆套螺纹连接或者焊接。当意外事件如爆炸、撞击等事件造成结构内柱1z的破坏如图3所示，结构由三柱两跨梁框架转化为两柱一跨梁框架，在均布荷载作用下框架梁的受力图和弯矩图如图4所示，此时内柱节点区内的钢梁上翼缘受压下翼缘受拉，即连接端板21的上部螺栓受压，接端板21的下部螺栓受拉，此时本发明的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造抗连续倒塌的过程如下：位于连接端板21的下部耗能装置受拉力载荷的作用将耗能螺柱杆53从易断部530处断开，如图7所示，耗能螺柱杆53被分成两段并分别向外侧移动，每段耗能螺柱杆53上的弹簧受压变形，即第一弹簧55在第一弹簧阻挡部51和第三弹簧阻挡部541的作用下变形消耗部分载荷，第二弹簧55在第二弹簧阻挡部52和第四弹簧组阻挡件542的作用下变形消耗部分载荷，由于第一弹簧55和第二弹簧56的变形消耗了部分载荷提高了节点的耗能能力。另外在钢梁2的变形拉动作用下，耗能装置的耗能螺柱杆53从中间断开并向两侧位移一定距离，相当于延长了钢梁2的下翼缘的长度，提高了钢梁2变形能力，有利于“悬链线效应”的形成，从而增加结构抗连续倒塌性能。一种制作如权利要求3所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：A、构件的机加工：在钢构件车间加工的耗能装置5和保护套筒4，在矩形钢管柱1和连接端板21的上部分别开设相对应的螺栓孔，在矩形钢管柱1和连接端板21的下部分别开设相对应的耗能装置的安装孔；B、构件装配及矩形钢管柱混凝土填充：将保护套筒4点焊在矩形钢管柱1的内腔对应安装的螺栓孔和耗能装置的安装孔处，向矩形钢管柱1内腔浇筑混凝土；C、施工现场节点安装：将B步骤中组装好的矩形钢管混凝土柱及构件安装在预设的现场安装位置，然后，在连接端板21的上部用第一连接螺栓将两个相对的钢梁2与矩形钢管柱1固定连接，在连接端板21的下部用耗能装置5将两个相对的钢梁2与矩形钢管柱1固定连接。施工时，大量的工作是工厂内完成的，现场施工是只需用穿心螺栓3和耗能装置5将矩形钢管柱1和钢梁2固定，极大程度地减少了施工现场的工作量，保证了工程质量的同时提高了施工效率。本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围内。

权利要求：1.装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，包括：矩形钢管柱和钢梁，所述矩形钢管柱内腔浇筑填充有混凝土形成钢管混凝土柱，所述钢梁的端部设置有连接端板，所述连接端板通过连接件与所述矩形钢管柱固定连接，所述矩形钢管柱相对的两侧分别设置有两个所述钢梁；其特征在于，所述连接件包括设于所述连接端板上部的第一连接螺栓和设于所述连接端板下部的耗能装置；所述耗能装置包括耗能螺柱杆，所述耗能螺柱杆设置有易断部，所述易断部两侧的所述耗能螺柱杆上分别设置有第一弹簧阻挡部和第二弹簧阻挡部，所述耗能螺柱杆套设有耗能杆套，所述耗能杆套的两端分别设置有第三弹簧阻挡部和第四弹簧阻挡部，所述第一弹簧阻挡部和所述第三弹簧阻挡部之间的所述耗能螺柱杆上套设有第一弹簧，所述第二弹簧阻挡部和所述第四弹簧组阻挡件之间的所述耗能螺柱杆上套设有第二弹簧。2.如权利要求1所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述矩形钢管柱内腔固定有保护套筒，所述第一连接螺栓和所述耗能装置分别穿过所述保护套筒。3.如权利要求2所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述保护套筒的外周面上设置有增大所述混凝土附着力的结构。4.如权利要求1所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述耗能螺柱杆的中部设置有易断部。5.如权利要求4所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述耗能螺柱杆设置为两段，两段所述耗能螺柱杆的连接端焊接形成所述易断部。6.如权利要求4所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述耗能螺柱杆的中部由去除材料的方式形成所述易断部。7.如权利要求1所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述耗能杆套设置为两段，两段所述耗能杆套的连接端螺纹连接。8.如权利要求1所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述耗能杆套设置为两段，两段所述耗能杆套的连接端焊接连接。9.如权利要求1所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造，其特征在于，所述第三弹簧阻挡部或第四弹簧阻挡部与所述耗能杆套螺纹连接。10.一种制作如权利要求2所述的装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：A、构件的机加工：在钢构件车间加工所述的耗能装置和保护套筒，在所述矩形钢管柱和所述连接端板的上部分别开设相对应的螺栓孔，在所述矩形钢管柱和所述连接端板的下部分别开设相对应的所述耗能装置的安装孔；B、构件装配及矩形钢管柱填充：将所述保护套筒焊接在所述矩形钢管柱的内腔对应安装所述的螺栓孔和所述耗能装置的安装孔处并点焊定位，向所述矩形钢管柱内腔浇筑混凝土；C、施工现场节点安装：将B步骤中组装好的矩形钢管混凝土柱及构件安装在预设的现场安装位置，然后，在所述连接端板的上部用所述第一连接螺栓将两个相对的所述钢梁与所述矩形钢管柱固定连接，在所述连接端板的下部用所述耗能装置将两个相对的所述钢梁与所述矩形钢管柱固定连接。

百度查询： 潍坊学院 装配式钢管柱-钢梁抗连续倒塌节点构造及其施工方法

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