钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点的制作方法

本实用新型涉及结构工程钢结构技术领域，具体涉及一种钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点。

背景技术：

建筑业作为国民建设的第一产业，随着我国经济增长的需要和中国城市化建设的加快，在未来仍然承担着巨大的建设生产任务，也就意味着巨大的资源消耗，其中建筑材料尤其是混凝土的消耗量是相当的庞大。尽管近年来建筑业为国家的基础建设做出了巨大贡献，同时也得到了突飞猛进的发展，但由于长期依赖粗放型的发展模式，使生态环境和自然资源都遭受极大的影响。另一方面，随着土木工程建设的加快，巨量的建筑垃圾随之产生，据统计显示，我国每年因建设施工而产生的建筑垃圾约有4000万吨，其中接近一半是废弃混凝土。除此之外，受地震灾害影响，灾区房屋倒塌也留下了大量的废弃混凝土。这些建筑垃圾或是废弃混凝土绝大部分是运到郊外堆放，它们不但污染了大气、水和土壤，而且还破坏自然景观，最严重的是，给当地居民的正常日常生活带来不便，对他们身体健康产生了不可忽视的影响。

正由于人类社会对生态环境和自然资源的关注愈来愈多，导致目前的研究重心己经从能源的开釆慢慢开始转向资源的二次利用，而作为第二产业的建筑业，能源消耗巨大，进行资源的再生利用更是责无旁贷。因此，自二次大战以来，全世界范围内掀起了对废旧混凝土循环再生利用研究的热潮，再生混凝土应运而生。目前再生混凝土已得到一定程度的研究，它是利用经过处理的废弃混凝土作为粗骨料配制而成的新型混凝土，但是研究成果表明再生混凝土的力学性能相比普通混凝土略有不足，为了满足工程应用的要求，需要寻求合理的方式对其进行利用。

在高层建筑结构中，组合结构框架柱的两种主要形式为钢管混凝土和型钢混凝土；这两种形式的框架柱承载力高、抗震性能好、造价适中，为结构工程师所青睐，是高层结构中承重框架柱的首选。但随着结构工程的发展和人们工程实践的积累，传统的钢管混凝土和型钢混凝土框架柱也表现出一定的局限性。钢管混凝土柱的抗震性能优越，与钢梁连接方便，在高层结构中应用广泛，但高强钢材在钢管混凝土框架柱中应用会导致钢管薄壁化，从而引起板件的局部屈曲问题。另外，在火灾作用下，钢管混凝土框架柱的外包钢管直接承受高温作用，且钢管直接承担竖向荷载，导致钢管混凝土的耐火极限偏低；因此实际工程中钢管混凝土外一般需设置防火涂层或采取其它防火措施，工程成本和后续维护费用较高。与钢管混凝土框架柱相比，在火灾作用下，型钢混凝土框架柱中由于型钢受到外包混凝土的有效保护，耐火极限高，可满足我国《高层民用建筑设计防火规范》对框架柱的耐火极限要求。型钢混凝土框架柱中，外包钢筋混凝土部分可有效限制型钢板件的局部屈曲，因此型钢的翼缘和腹板均可采用高强薄壁板件。但采用型钢混凝土柱的框架梁柱节点形式复杂，施工难度大，混凝土浇筑困难，是工程实践中难以解决的问题。

基于以上问题，一种新型的组合结构形式-钢管约束型钢混凝土柱正初探性地崭露头角，这种新型的组合结构即使外包钢管直接受火失效，内部的型钢和混凝土柱仍可继续承载，则钢管外无需进行防火保护。可见，钢管约束型钢混凝土柱继承了钢管混凝土和型钢混凝土框架柱各自的优点，承载力高，抗震与抗火性能优越，节点区混凝土浇筑方便，能充分利用钢材和混凝土的材料强度，因此这种结构形式是与再生混凝土结合的最佳选择。

钢管约束型钢混凝土组合结构属于新型的具有优越力学性能的结构形式，在外包钢管的约束下，能大大减少再生混凝土力学性能上的缺陷。但是对适用于这种结构形式节点的研究在目前仍尚空白，因此迫切需要既能满足建筑使用功能和装修要求，同时具有良好的受力性能的适用于钢管约束型钢再生混凝土柱的梁柱节点。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点。所述节点具有传力合理、经济可靠、构造简单、施工方便等特点，并且在外形上与普通钢筋混凝土结构的梁柱节点相似，能很好地满足建筑使用功能及装潢的外观设计要求，同时可利用废弃混凝土达到“环保、节能、减排”的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点，包含节点域、端板和钢牛腿；钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁交汇处形成节点域，所述钢管约束型钢再生混凝土柱包含外包钢管，外包钢管内部嵌有型钢并填充再生混凝土；外包钢管在节点域处与端板通过高强螺栓固定，钢牛腿焊接在端板上，钢筋混凝土梁搭在钢牛腿上，其内纵向钢筋穿入外包钢管中。

优选地，所述外包钢管在节点域处开有若干工艺孔和螺栓孔，所述端板上对应的开有若干工艺孔和螺栓孔，所述工艺孔用于穿过纵向钢筋。

优选地，所述外包钢管为方钢管(或圆钢管)，所述端板为矩形钢板(或弧形钢板)。

优选地，所述型钢为H型钢或工字型钢。

优选地，所述钢牛腿为工字型钢牛腿。

优选地，所述钢牛腿的上翼缘和/或下翼缘设有若干栓钉抗剪连接件，以便克服剪切力，增强抗震效果。

优选地，所述钢牛腿与端板之间焊接固定。

优选地，所述栓钉抗剪连接件与钢牛腿之间焊接固定。

优选地，所述端板与外包钢管通过高强螺栓固定。

优选地，所述纵向钢筋与端板、外包钢管在工艺孔处焊接固定。

采用上述技术方案，可以使本实用新型相对于现有技术具有如下优点：

(1)外包钢管对钢管约束型钢再生混凝土柱的约束作用可以保证型钢和混凝土的共同工作，不需要设置钢筋笼，减少了施工工序和工作量，外包钢管也可作为永久模板，节省了模板用量。

(2)经济可靠、制作简单、施工方便。端板与钢牛腿、钢牛腿与栓钉抗剪连接件之间的焊接均可在工厂完成，施工现场只需要完成钢筋混凝土梁的纵向钢筋与钢管工艺孔处的焊接；钢筋混凝土梁的纵向钢筋部分穿入混凝土中，占用空间小，避免引起混凝土浇注不密实的现象。

(3)在外形上与普通钢筋混凝土结构的梁柱节点相似，能很好地满足建筑使用功能及装潢的外观设计要求，便于推广。

(4)在钢管约束型钢再生混凝土柱的外包钢管内浇筑再生混凝土，达到了“节能、环保、减排”的目的。

附图说明

图1是方钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点的内部透视图。

图2是方钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点的竖向剖视图。

图3是方钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点的俯视图。

图4是圆钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点的内部透视图。

图5是圆钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点的竖向剖视图。

图6是圆钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点的俯视图。

附图标记如下：

1-外包钢管，2—钢筋混凝土梁，3—端板，4—钢牛腿，5—型钢，6—栓钉抗剪连接件，7—纵向钢筋，8—再生混凝土，9—箍筋，10-高强螺栓。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例作进一步说明。

实施例1

一种钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点，包含节点域、端板3和钢牛腿4；钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁2交汇处形成所述节点域，所述钢管约束型钢再生混凝土柱包含外包钢管1，外包钢管1内部嵌有型钢5并填充再生混凝土8；外包钢管1在节点域处与端板3通过紧固件固定，钢牛腿4与端板3固定，钢筋混凝土梁2搭在钢牛腿4上，其内纵向钢筋7穿入外包钢管1中。所述钢牛腿4的上翼缘设有4个栓钉抗剪连接件6。

优选地，所述外包钢管1为方钢管，所述端板3为矩形钢板。所述外包钢管1在节点域处开有8个工艺孔和螺栓孔，所述端板3上对应的开有8个工艺孔和螺栓孔，所述工艺孔用于穿过纵向钢筋7，所述螺栓孔用于穿过高强螺栓10以便将外包钢管1和端板3固定。

本实施例中，方钢管采用500×500×5mm的尺寸，型钢采用H300×300×10×15mm的尺寸。端板3的高度可根据2H加上6倍螺栓孔直径确定，端板3的宽度可取1.1B。本实施例中钢牛腿4为焊接工字钢，钢牛腿4的高度可取为0.7H，钢牛腿4的宽度可取为0.4B，钢牛腿9的长度可取为0.5H。本实施例中，纵向钢筋的伸入钢管中的长度可取为1.5d。其中，H为钢筋混凝土梁2的高度，B为钢筋混凝土梁的宽度，d为纵向钢筋的直径。

本实施例中，钢管、钢牛腿均采用Q235B以上钢材，焊条采用E43型，焊剂F4A0，焊缝质量等级为二级。钢筋混凝土梁的纵向钢筋采用HRB335热轧钢筋，钢筋混凝土梁的混凝土强度等级为C30，钢管约束型钢再生混凝土柱内的废弃混凝土块的强度等级为C25，新混凝土强度等级为C35，废弃混凝土块与新混凝土的质量比为1：2，节点域内的新混凝土强度等级为C35。

上述的钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点通过以下方式施工，包括如下步骤：

S1、将外包钢管1和端板3进行开孔处理，包括预留工艺孔和螺栓孔；

S2、将端板3定位在节点域的钢管表面，采用高强螺栓10连接在节点域处的外包钢管1上；

S3、钢牛腿4通过角焊缝与端板3连接，待钢牛腿4的焊接工作完成后，再将栓钉抗剪连接件6焊接在钢牛腿4的上翼缘；

S4、将钢筋混凝土梁2的纵向钢筋7伸入节点域的工艺孔中，在纵向钢筋7与工艺孔交汇处采用角焊缝焊接固定；

S5、绑扎箍筋9并安装钢筋混凝土梁的模板；

S6、浇筑钢管约束型钢再生混凝土柱、节点域和钢筋混凝土梁。

实施例2

一种钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点，包含节点域、端板3和钢牛腿4；钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁2交汇处形成所述节点域，所述钢管约束型钢再生混凝土柱包含外包钢管1，外包钢管1内部嵌有型钢5并填充再生混凝土8；外包钢管1在节点域处与端板3通过紧固件固定，钢牛腿4与端板3固定，钢筋混凝土梁2搭在钢牛腿4上，其内纵向钢筋7穿入外包钢管1中。所述钢牛腿4的上翼缘、下翼缘各设有若干个栓钉抗剪连接件6。

优选地，所述外包钢管1为圆钢管，所述端板3为弧形钢板。所述外包钢管1在节点域处开有若干个工艺孔和螺栓孔，所述端板3上对应的开有若干个工艺孔和螺栓孔，所述工艺孔用于穿过纵向钢筋7，所述螺栓孔用于穿过高强螺栓10以便将外包钢管1和端板3固定。

本实施例中，圆钢管采用500×5mm的尺寸，型钢采用H300×300×10×15mm的尺寸。端板3的高度可根据2H加上6倍螺栓孔直径确定，端板3的宽度可取1.1B。本实施例中钢牛腿4为焊接工字钢，钢牛腿4的高度可取为0.7H，钢牛腿4的宽度可取为0.4B，钢牛腿9的长度可取为0.5H。本实施例中，纵向钢筋的伸入钢管中的长度可取为1.5d。其中，H为钢筋混凝土梁2的高度，B为钢筋混凝土梁的宽度，d为纵向钢筋的直径。

本实施例中，钢管、钢牛腿均采用Q235B以上钢材，焊条采用E43型，焊剂F4A0，焊缝质量等级为二级。钢筋混凝土梁的纵向钢筋采用HRB335热轧钢筋，钢筋混凝土梁的混凝土强度等级为C30，钢管约束型钢再生混凝土柱内的废弃混凝土块的强度等级为C25，新混凝土强度等级为C35，废弃混凝土块与新混凝土的质量比为1：2，节点域内的新混凝土强度等级为C35。

上述的钢管约束型钢再生混凝土柱与钢筋混凝土梁端板连接节点通过以下方式施工，包括如下步骤：

S1、将外包钢管1和端板3进行开孔处理，包括预留工艺孔和螺栓孔；

S2、将端板3定位在节点域的钢管表面，采用高强螺栓10连接在节点域处的外包钢管1上；

S3、钢牛腿4通过角焊缝与端板3连接，待钢牛腿4的焊接工作完成后，再将栓钉抗剪连接件6焊接在钢牛腿4的上翼缘和下翼缘；

S4、将钢筋混凝土梁2的纵向钢筋7伸入节点域的工艺孔中，在纵向钢筋7与工艺孔交汇处采用角焊缝焊接固定；

S5、绑扎箍筋9并安装钢筋混凝土梁的模板；

S6、浇筑钢管约束型钢再生混凝土柱、节点域和钢筋混凝土梁。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。