复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法及一种整体式外加强环连接节点技术

本发明专利技术公开了一种复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法及一种整体式外加强环连接节点，包括方钢管、圆钢管、混凝土、H型钢梁、整体式外加强环等结构构件。本发明专利技术节点使钢框架梁‑柱节点的塑性变形仅发生在梁端非节点核心处，而钢框架梁‑柱等主体结构构件始终保持在弹性范围内，震后没有发生破坏，并整体式外加强环为预制结构，节省了施工时的支撑件，施工方便，节约了施工时间，经济适用，操作方便。

The connection method of composite concrete-filled steel tube column and steel beam and a kind of connection joint of integral external strong ring

【技术实现步骤摘要】
复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法及一种整体式外加强环连接节点
本专利技术专利型属于工程结构耗能减震领域，涉及节点，具体涉及一种整体式外加强环钢管混凝土柱-梁节点。
技术介绍
钢管混凝土柱与钢梁常采用节点的连接形式。在实际工程结构抗震中，节点是非常关键的部位，节点部位的抗震性能是研究的主要关注点之一，因此，必须保证节点具有较高的承载力与变形能力，满足“强节点，弱构件”的抗震要求。基于对建筑梁柱节点的研究，可以发现在钢管混凝土柱-钢梁节点连接中，连接后易造成节点处承载力降低，初始刚度较低，在受力过程中容易较早地出现塑性变形，耗能能力不佳，并且节点区柱易出现应力集中现象，发生剪切破坏。因此，需要寻找一种新的节点连接方式能够克服上述问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法及一种整体式外加强环连接节点，解决目前钢管混凝土柱-钢梁节点承载力低，容易发生剪切破坏的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法，该复式钢管混凝土柱包括外层方钢管和内层圆钢管，所述的内层圆钢管套在外层方钢管内，所述的外层方钢管与内层圆钢管之间以及内层圆钢管内均填充混凝土，该钢梁为H型钢梁，包括腹板以及与腹板连接的上翼缘和下翼缘，所述的复式钢管混凝土柱与钢梁的节点处采用外加强环进行连接，所述的外加强环包括第一加强环、第二加强环以及两个外肋环板，所述的第一加强环和第二加强环结构相同，均为正八面体结构，所述的第一加强环和第二加强环内部中空；所述的第一加强环和第二加强环通过两个外肋环板连接成一整体；复式钢管混凝土柱与钢梁连接时，将所述的外加强环套于外层方钢管上，将所述的第一加强环和第二加强环与复式钢管混凝土柱的外层方钢管接触处进行焊接；同时，将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向插入复式钢管混凝土柱的外层方钢管内，所述的腹板与外层方钢管接触处进行焊接，所述的上翼缘和下翼缘分别与第一加强环和第二加强环进行焊接。具体的，将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向插入复式钢管混凝土柱的外层方钢管内，具体包括，削除H型钢梁的上翼缘和下翼缘，只保留腹板，削除长度不小于腹板插入方钢管内的深度；在方钢管外侧加工有预留孔洞，该预留孔洞的高度和宽度与腹板的高度和宽度分别相同，将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向通过所述的预留孔洞插入复式钢管混凝土柱的外层方钢管内。进一步，所述的第一加强环和第二加强环的结构满足D/B为1.85～2.38，B/td为6～12，h/td不超过22，其中，D为方形钢管边长，B为第一加强环或第二加强环沿H型钢梁方向的外伸长度，td为第一加强环或第二加强环的厚度，h为H型钢梁高度。进一步，所述的H型钢梁的结构满足bf/tf为15.4～19.2，其中bf为H型钢梁上翼缘或下翼缘的宽度、tf为H型钢梁上翼缘或下翼缘的厚度。此外，所述的H型钢梁上翼缘或下翼缘的削除长度b满足0.65h<b<0.85h，h为H型钢梁高度；所述的H型钢梁上翼缘或下翼缘削弱区距H型钢梁端的距离a取值范围为0.1bf+B<a<0.2bf+B，B为第一加强环或第二加强环沿H型钢梁方向的外伸长度；所述的H型钢梁上翼缘或下翼缘削弱深度c取值范围为0.13bf<c<0.26bf。本专利技术同时公开一种整体式外加强环连接节点，用于复式钢管混凝土柱与钢梁连接，该钢梁为H型钢梁，包括腹板以及与腹板连接的上翼缘和下翼缘，其特征在于，所述的外加强环包括第一加强环、第二加强环以及外肋环板，所述的第一加强环或第二加强环为正八面体结构，在第一加强环、第二加强环内均加工有方形槽，所述的第一加强环和第二加强环通过两个外肋环板连接成一整体；所述的第一加强环和第二加强环的结构满足D/B为1.85～2.38，B/td为6～12，h/td不超过22，其中，D为方形钢管边长，B为第一加强环或第二加强环沿钢梁方向的外伸长度，td为第一加强环或第二加强环的厚度，h为钢梁高度。具体的，连接时，将所述的外加强环套于复式钢管混凝土柱上，将所述的第一加强环和第二加强环与复式钢管混凝土柱接触处进行焊接；同时，将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向插入复式钢管混凝土柱内，所述的腹板与复式钢管混凝土柱接触处进行焊接，所述的上翼缘和下翼缘分别与第一加强环和第二加强环接触处进行焊接。可选的，复式钢管混凝土柱与钢梁连接节点的轴压比为0.3～0.5。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)按照本专利技术的连接方法，当地震发生时，节点处进入弹性阶段，应力-应变曲线迅速上升，在梁柱结构构件应力应变曲线没有达到弹塑性阶段之前，节点处的梁端非节点核心区已经达到塑性阶段，出现明显变形，耗散了能量，成功的转移了塑性并避免了节点核心区出现应力集中现象，发生脆性断裂。(2)按照本专利技术的连接方法，复式钢管混凝土柱可以更好地限制核心混凝土的受力性能，它具有较高的承载能力，其最大承载力能够达到6583kN，延性系数为1.52，表现出良好的延性性能，刚度退化速度缓慢，具有较高的抗震性能，能够满足结构在动力荷载作用下的设计要求，可以在抗震设防烈度高的地区应用。(3)本专利技术的整体式外加强环连接节点，可以加强节点的刚度，提高节点的承载力，能够使节点塑性铰发生明显的外移，同时可消耗一部分地震能量，其中该加强环的存在，能够使节点的耗能系数达到3.191，表现出较好的耗能性能。(4)此外，本专利技术的整体式外加强环连接节点，为一体结构，在工厂内预制好，在建筑结构施工时，能加快建筑施工速度，并且施工时钢梁可以不用焊接支撑件，直接放入整体式外加强环中间进行焊接，便于施工。附图说明图1为本专利技术整体式外加强环连接节点的整体结构示意图。图2为本专利技术整体式外加强环连接节点的剖面图。图3为本专利技术整体式外加强环连接节点的整体式外加强环结构正视图。图4为本专利技术整体式外加强环连接节点的复式钢管混凝土柱结构剖面图。图5为本专利技术整体式外加强环连接节点的H型钢梁结构剖面图。图6为本专利技术整体式外加强环连接节点的立面图。图7为本专利技术整体式外加强环连接节点中方钢管平面图。附图中各标号的含义：1-复式钢管混凝土柱，2-外加强环，3-钢梁，4-第一加强环，5-第二加强环，6-外层方钢管，7-外层方钢管内混凝土，8-内层圆钢管，9-内层圆钢管内混凝土，10-外肋环板，11-腹板，12-上翼缘，13-预留孔洞，14-下翼缘，D为外层方型钢管边长、C为内层圆型钢管直径、tc为外层方型钢管壁厚度、tb为内层圆型钢管壁厚度、A为加强环与钢梁梁垂直方向的外伸长度、B为加强环沿钢梁方向的外伸长度、ta为加强环外肋环板厚度、td为第一加强环厚度，h为钢梁梁高、bf为钢梁上翼缘或下翼缘、tf为钢梁上翼缘或下翼缘高度、tw为腹板厚度。...

【技术保护点】
1.一种复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法，该复式钢管混凝土柱包括外层方钢管和内层圆钢管，所述的内层圆钢管套在外层方钢管内，所述的外层方钢管与内层圆钢管之间以及内层圆钢管内均填充混凝土，该钢梁为H型钢梁，包括腹板以及与腹板连接的上翼缘和下翼缘，其特征在于：/n所述的复式钢管混凝土柱与钢梁的节点处采用外加强环进行连接，所述的外加强环包括第一加强环、第二加强环以及两个外肋环板，所述的第一加强环和第二加强环结构相同，均为正八面体结构，所述的第一加强环和第二加强环内部中空；所述的第一加强环和第二加强环通过两个外肋环板连接成一整体；/n复式钢管混凝土柱与钢梁连接时，将所述的外加强环套于外层方钢管上，将所述的第一加强环和第二加强环与复式钢管混凝土柱的外层方钢管接触处进行焊接；同时，将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向插入复式钢管混凝土柱的外层方钢管内，所述的腹板与外层方钢管接触处进行焊接，所述的上翼缘和下翼缘分别与第一加强环和第二加强环进行焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法，该复式钢管混凝土柱包括外层方钢管和内层圆钢管，所述的内层圆钢管套在外层方钢管内，所述的外层方钢管与内层圆钢管之间以及内层圆钢管内均填充混凝土，该钢梁为H型钢梁，包括腹板以及与腹板连接的上翼缘和下翼缘，其特征在于：
所述的复式钢管混凝土柱与钢梁的节点处采用外加强环进行连接，所述的外加强环包括第一加强环、第二加强环以及两个外肋环板，所述的第一加强环和第二加强环结构相同，均为正八面体结构，所述的第一加强环和第二加强环内部中空；所述的第一加强环和第二加强环通过两个外肋环板连接成一整体；
复式钢管混凝土柱与钢梁连接时，将所述的外加强环套于外层方钢管上，将所述的第一加强环和第二加强环与复式钢管混凝土柱的外层方钢管接触处进行焊接；同时，将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向插入复式钢管混凝土柱的外层方钢管内，所述的腹板与外层方钢管接触处进行焊接，所述的上翼缘和下翼缘分别与第一加强环和第二加强环进行焊接。


2.如权利要求1所述的复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法，其特征在于：将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向插入复式钢管混凝土柱的外层方钢管内，具体包括，削除H型钢梁的上翼缘和下翼缘，只保留腹板，削除长度不小于腹板插入方钢管内的深度；在方钢管外侧加工有预留孔洞，该预留孔洞的高度和宽度与腹板的高度和宽度分别相同，将所述的H型钢梁的腹板以平行于外肋环板所在平面的方向通过所述的预留孔洞插入复式钢管混凝土柱的外层方钢管内。


3.如权利要求1所述的复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法，其特征在于：所述的第一加强环和第二加强环的结构满足D/B为1.85～2.38，B/td为6～12，h/td不超过22，其中，D为方形钢管边长，B为第一加强环或第二加强环沿H型钢梁方向的外伸长度，td为第一加强环或第二加强环的厚度，h为H型钢梁高度。


4.如权利要求1所述的复式钢管混凝土柱与钢梁的连接方法，其特征在于：所述的H型钢梁的结构满足bf/tf为15.4～19.2，其中bf为H型钢梁上翼缘或下翼缘的宽度、tf为H型钢梁上翼缘或下翼缘的厚度。

【专利技术属性】
技术研发人员：孙香红，成豪杰，孙华腾，任志坤，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61