國內(nèi)常用鋼管混凝土梁柱節(jié)點連接形式綜述

劉峪銘

合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 安徽 合肥 230000

引言

隨著鋼結(jié)構(gòu)住宅在國內(nèi)的熱度持續(xù)上升，鋼結(jié)構(gòu)體系在實際工程和研究領(lǐng)域成為熱門，相較于純鋼結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)在住宅工程實際中得到應(yīng)用與推廣。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)同時具備鋼材與混凝土兩種材料的優(yōu)點：承載力高，施工方便等，同時也具備了以往實際工程中采用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)點：無須支混凝土模板。國內(nèi)學(xué)者對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)做了大量研究工作，制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，使得鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中得到發(fā)展與進步，其中鋼管混凝土柱與H型鋼梁節(jié)點形式是運用最為廣泛的節(jié)點，同時也是構(gòu)造和受力比較復(fù)雜的節(jié)點。

1 國內(nèi)常用鋼管混凝土柱-H型鋼梁框架剛接節(jié)點形式

H型鋼梁與鋼管混凝土柱翼緣連接節(jié)點常采用栓焊鏈接或是全焊連接，其中栓焊連接是將梁腹板和鋼管柱壁通過連接板、高強螺栓連接，梁翼緣和柱壁通過全熔透坡口焊連接。由于栓焊連接施工方便并且能保證節(jié)點連接的剛度，是工程中常用連接方式。

1.1 內(nèi)隔板式節(jié)點

內(nèi)隔板式節(jié)點是鋼管混凝土柱-H型鋼梁連接中運用較為廣泛的節(jié)點形式，一般做法是將梁柱連接位置的中部進行截斷，將內(nèi)隔板焊接在H型鋼梁翼緣對應(yīng)位置，再將鋼管柱通過全熔透坡口焊連接起來。國內(nèi)規(guī)范[1]規(guī)定，內(nèi)隔板厚度應(yīng)滿足規(guī)定的寬厚比限值，且不應(yīng)小于梁翼緣厚度。

內(nèi)隔板式節(jié)點的優(yōu)勢在于梁翼緣上的拉力由鋼管壁和內(nèi)隔板傳遞，傳力明確。不足之處在于加工難度大，焊縫位置比較集中，節(jié)點區(qū)焊縫易出現(xiàn)裂紋，同時這種節(jié)點形式適用于柱截面尺寸較大的構(gòu)件，有局限性且焊縫都集中在節(jié)點區(qū)，焊接熱效應(yīng)導(dǎo)致的殘余應(yīng)力大，鋼梁翼緣連接處內(nèi)外都是通過焊縫連接，容易誘發(fā)裂紋，在實際受力過程中不利。同時由于混凝土的澆灌在內(nèi)隔板焊接完成后進行，內(nèi)隔板上需設(shè)置灌注孔和排氣孔，給加工過程制造了麻煩。

1.2 隔板貫通式節(jié)點

隔板貫通式節(jié)點中鋼梁翼緣的拉力通過貫穿整個柱截面的隔板傳遞，這種連接方式需要將鋼管柱在節(jié)點連接部位進行截斷，并將分段柱節(jié)與貫通隔板焊接。梁翼緣通過全熔透焊縫與隔板連接，若是采用栓焊連接，梁腹板通過高強螺栓、剪切板與柱壁相連；若是采用全焊連接，則將梁腹板直接焊接在柱壁上。具體的構(gòu)造方式和設(shè)計要求在《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[1]中有具體規(guī)定。這種連接方式也是國內(nèi)建筑抗震規(guī)范[2]與高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[3]推薦連接形式。

1.3 外隔板式節(jié)點

外隔板式節(jié)點是將隔板設(shè)置在柱外與梁上下翼緣對齊，采用帶襯板的全熔透坡口焊連接。這種節(jié)點形式施工簡單，傳力明確，不受柱截面尺寸限制，同時不需要設(shè)置灌注孔和排氣孔，避免了在柱壁同一位置處內(nèi)外施焊，焊接熱效應(yīng)影響較大，給加工和施工提供了便利。但是需要加大外隔板尺寸來保證節(jié)點的剛度，與其他節(jié)點形式比較用鋼量超出許多，且水平環(huán)板不利于墻板的安裝，凸角也會影響室內(nèi)住戶的觀感體驗。

2 新型鋼管混凝土柱-H型鋼梁框架節(jié)點形式

2.1 對穿螺栓式節(jié)點

對穿螺栓式節(jié)點[4]中往往設(shè)置T型件或端板，用來將H型鋼梁與鋼管柱連接。采用T型件連接是將T型件和梁翼緣焊接或用高強螺栓連接，采用端板連接可直接將其與鋼梁焊接。

這種節(jié)點形式的優(yōu)點在于對穿螺栓使混凝土形成斜壓桿機制能顯著提高節(jié)點的承載力與剛度，但是采用端板連接或T形件連接時，和梁翼緣需預(yù)先進行焊接，對加工精度有較高要求；施工累積誤差對連接方式有不利影響；柱壁需要開孔，對節(jié)點有一定程度的削弱。

2.2 外肋環(huán)板式節(jié)點

在滿足傳力明確和構(gòu)造簡單要求的基礎(chǔ)上，為了尋求其他可代替的節(jié)點形式，綜合目前常用的幾種鋼管混凝土梁柱節(jié)點構(gòu)造的優(yōu)勢，對現(xiàn)有的鋼管混凝土梁柱節(jié)點進行了適當(dāng)改造，設(shè)計出了外肋板式節(jié)點。陳志華團隊以這種節(jié)點形式進行了一系列試驗，在屈服線理論的基礎(chǔ)上進行修正，提出節(jié)點承載力計算公式，但與試驗結(jié)果還有一定偏差, 需要進一步研究[5]。

外肋環(huán)板節(jié)點構(gòu)造簡單，施工現(xiàn)場安裝較為方便，傳力明確可靠。這種節(jié)點形式解決了外隔板節(jié)點墻板安裝的問題，但是室內(nèi)角部存在凸角現(xiàn)象，且平行于柱壁的豎向肋板會影響樓板的安裝，且柱截面兩個受力方向上的剛度不一致是這種節(jié)點連接方式的弊端，需要做進一步的研究工作。

2.3 外套管式節(jié)點

外套管式節(jié)點由陳志華教授等人根據(jù)行業(yè)需求和施工實際需求提出的一種新型連接方式。天津大學(xué)對三個外套管式節(jié)點進行了低周往復(fù)加載試驗，分析了各構(gòu)件的受力特征與破壞模式，得出了該節(jié)點形式的滯回性能。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析得出，該節(jié)點的抗震性能較好，具有良好的延性[6]。

3 結(jié)束語

本文對幾種節(jié)點連接方式的優(yōu)缺點進行了分析。內(nèi)隔板節(jié)點、隔板貫通式節(jié)點、外隔板式節(jié)點依舊是工程實際中最常選用的節(jié)點形式，其他節(jié)點形式研究熱度不高，可參考的試驗結(jié)果較少。優(yōu)良的節(jié)點連接形式需具備傳力明確可靠、加工安裝方便等優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上給出具體的承載力計算公式和受力機理分析，便于進行相關(guān)設(shè)計計算。每種連接形式都有它的優(yōu)點和局限性，在選擇節(jié)點形式時要根據(jù)實際情況揚長避短。