论文部分内容阅读
石柏林 陈鹏
杭萧钢构股份有限公司 310000
摘要：钢管混凝土组合结构目前在我国的研究越来越成熟，应用也越来越多，其中以矩形钢管混凝土柱在实际工程中的应用最为广泛，而圆钢管混凝土柱结构的应用相对较少，其主要制约因素在于圆钢管柱与钢梁的连接节点较之矩形钢管混凝土柱不够成熟、且较为复杂。基于此，本文对目前实际工程中用到的相关圆钢管混凝土柱-H型钢梁节点进行介绍，结合各自的优缺点，综合经济、设计、制作、安装等多个方面，提出较为合理的连接节点，以供实际工程设计参考。
关键词：圆钢管混凝土柱；H型钢梁；节点
Abstract：The research on the composite structure of concrete filled steel tubular is more and more mature in our country.The application is more and more.Among them，the concrete filled steel tubular column（CFST）with square section is used most widely in practical engineering.But，the application of CFST with circular section is relatively small，the main factor of which is that the connection of H steel beam to CFST with circular section is not mature enough，and more complex.Based on this，this paper introduces the connections of H steel beam to CFST with circular section used in practical engineering.The reasonable connections is put forward，combined with the advantages and disadvantages，consided the economy，design，production，installation，and so on，in order to provide reference for practical engineering design.
Key words：concrete filled steel tubular with circular section；H steel beam；connections
1 概述
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，它始于1879年英国的Severn铁路桥桥墩，至今已有 100多年的历史，在现代土木工程中的使用越来越广泛。钢管混凝土结构利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，可保证其材料性能的充分发挥，另外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可作为浇灌其核心混凝土的模板。与钢筋混凝土相比，钢管混凝土结构具有更为优越的抗震性能，诸如高承载力、高延性和耗能能力，还可节省模板费用，加快施工速度。总之，通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土结构，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，这也正是钢管混凝土组合结构的优势所在。
钢管混凝土柱从其形状上来分，主要可分为圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱，两者之间多个方面均存在不同的差异。圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土柱相比，在多个方面有着较强的优势，主要体现在以下几个方面[1]：
1、轴心受压时，承载力高20%左右，用于偏心受压时，承载力高也不少于20%；
2、抗弯刚度高20%；
3、抗震性能好，可控制构件长细比而不限制轴压比；
4、制造加工比较方便，焊缝少，梁柱节点采用外环板时比较费材料，但工作可靠，采用内环板时，与方钢管混凝土相同；
5、节约防火涂料或保护层13%。
唯一的不足之处是建筑认为圆截面对室内空间布置不利。
鉴于此，作者认为从经济性角度出发，圆钢管混凝土结构有着很好的实用性和发展前景。目前，实际工程中的应用也是越来越多，其梁柱连接节点形式也是多种多样。但在相关规范规程中却不多见。因此，本文针对目前实际工程中用到的相关圆钢管混凝土柱-H型钢梁节点进行介绍，结合各自的优缺点，综合经济、设计、制作、安装等多个方面，提出较为合理的连接节点，以供实际工程设计参考。
2 节点类型
实际工程中用到的圆钢管混凝土-H型钢刚接节点，主要有2大类型：外加强环板形式、内隔板形式，此外还有钢梁贯通形式，此种由于制作时较为复杂，且不适用于两个方向均有梁的情况。以上2大类型的连接形式也是《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS 28-2012提到的2种主要做法。此外，还有混用的形式，如外环板+内环板形式。
2.1 外加强环板
外加强环板是环绕圆管柱周围的满环，与柱焊接，用以传递梁端弯矩。此节点在实际工程中应用最为广泛，根据《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS 28-2012，环板厚度不宜小于钢梁翼缘厚度，环板最小宽度不应小于钢梁宽度的0.7倍。
在实际工程中，外加强环节点做法主要有3种，详见图1。
（a） （b） （c）
图1 外加强环板主要节点形式
图1（a）中，仅有外加强环板；（b）中，在（a）的基础上增加了内环板；（c）中，在（a）的基础上增加了竖向内隔板。
2.2 内隔板形式
内隔板是指在柱内位于梁翼缘标高处设置隔板，与柱焊接，用以传递梁端弯矩。此节点一般用于直径较大的圆管柱，主要是需要在柱内施焊，如直径较小，则无焊接操作空间。根据《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS 28-2012，内隔板厚度不应小于钢梁翼缘厚度，并预留排气孔，浇筑孔直径不小于150mm。
在实际工程中，内隔板节点做法主要有2种，详见图2。
（a） （b）
图2 内隔板主要节点形式
图2（a）中，仅在翼缘处增加内隔板；（b）中，在（a）的基础上增加竖向隔板，此节点制作时较为不易，尤其是节点区内隔板有超过2道以上的情况。
以上两大类节点中，外加强环板形式，节点用钢量较大，尤其是钢梁较宽的时候。此外，整块的外环板在装配时，有较大难度，故而，外环板必须要进行切割，而后才能进行节点板与圆管柱的焊接拼接，无形之中，增加了焊缝数量。
而对于内加强环板，需要在柱内进行施焊，施焊空间有限，操作起来没有外面方便，另外就是对于直径较小的圆管柱，无法在柱内焊接内隔板。
3 节点形式的确定
针对以上各种圆钢管混凝土柱-H型钢梁节点形式在工程应用中的优缺点，本文针对不同的圆管柱截面，结合经济性等方面因素，提出以下不同的节点形式。
杭萧钢构股份有限公司 310000
摘要：钢管混凝土组合结构目前在我国的研究越来越成熟，应用也越来越多，其中以矩形钢管混凝土柱在实际工程中的应用最为广泛，而圆钢管混凝土柱结构的应用相对较少，其主要制约因素在于圆钢管柱与钢梁的连接节点较之矩形钢管混凝土柱不够成熟、且较为复杂。基于此，本文对目前实际工程中用到的相关圆钢管混凝土柱-H型钢梁节点进行介绍，结合各自的优缺点，综合经济、设计、制作、安装等多个方面，提出较为合理的连接节点，以供实际工程设计参考。
关键词：圆钢管混凝土柱；H型钢梁；节点
Abstract：The research on the composite structure of concrete filled steel tubular is more and more mature in our country.The application is more and more.Among them，the concrete filled steel tubular column（CFST）with square section is used most widely in practical engineering.But，the application of CFST with circular section is relatively small，the main factor of which is that the connection of H steel beam to CFST with circular section is not mature enough，and more complex.Based on this，this paper introduces the connections of H steel beam to CFST with circular section used in practical engineering.The reasonable connections is put forward，combined with the advantages and disadvantages，consided the economy，design，production，installation，and so on，in order to provide reference for practical engineering design.
Key words：concrete filled steel tubular with circular section；H steel beam；connections
1 概述
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，它始于1879年英国的Severn铁路桥桥墩，至今已有 100多年的历史，在现代土木工程中的使用越来越广泛。钢管混凝土结构利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，可保证其材料性能的充分发挥，另外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可作为浇灌其核心混凝土的模板。与钢筋混凝土相比，钢管混凝土结构具有更为优越的抗震性能，诸如高承载力、高延性和耗能能力，还可节省模板费用，加快施工速度。总之，通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土结构，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，这也正是钢管混凝土组合结构的优势所在。
钢管混凝土柱从其形状上来分，主要可分为圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱，两者之间多个方面均存在不同的差异。圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土柱相比，在多个方面有着较强的优势，主要体现在以下几个方面[1]：
1、轴心受压时，承载力高20%左右，用于偏心受压时，承载力高也不少于20%；
2、抗弯刚度高20%；
3、抗震性能好，可控制构件长细比而不限制轴压比；
4、制造加工比较方便，焊缝少，梁柱节点采用外环板时比较费材料，但工作可靠，采用内环板时，与方钢管混凝土相同；
5、节约防火涂料或保护层13%。
唯一的不足之处是建筑认为圆截面对室内空间布置不利。
鉴于此，作者认为从经济性角度出发，圆钢管混凝土结构有着很好的实用性和发展前景。目前，实际工程中的应用也是越来越多，其梁柱连接节点形式也是多种多样。但在相关规范规程中却不多见。因此，本文针对目前实际工程中用到的相关圆钢管混凝土柱-H型钢梁节点进行介绍，结合各自的优缺点，综合经济、设计、制作、安装等多个方面，提出较为合理的连接节点，以供实际工程设计参考。
2 节点类型
实际工程中用到的圆钢管混凝土-H型钢刚接节点，主要有2大类型：外加强环板形式、内隔板形式，此外还有钢梁贯通形式，此种由于制作时较为复杂，且不适用于两个方向均有梁的情况。以上2大类型的连接形式也是《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS 28-2012提到的2种主要做法。此外，还有混用的形式，如外环板+内环板形式。
2.1 外加强环板
外加强环板是环绕圆管柱周围的满环，与柱焊接，用以传递梁端弯矩。此节点在实际工程中应用最为广泛，根据《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS 28-2012，环板厚度不宜小于钢梁翼缘厚度，环板最小宽度不应小于钢梁宽度的0.7倍。
在实际工程中，外加强环节点做法主要有3种，详见图1。
（a） （b） （c）
图1 外加强环板主要节点形式
图1（a）中，仅有外加强环板；（b）中，在（a）的基础上增加了内环板；（c）中，在（a）的基础上增加了竖向内隔板。
2.2 内隔板形式
内隔板是指在柱内位于梁翼缘标高处设置隔板，与柱焊接，用以传递梁端弯矩。此节点一般用于直径较大的圆管柱，主要是需要在柱内施焊，如直径较小，则无焊接操作空间。根据《钢管混凝土结构设计与施工规范》CECS 28-2012，内隔板厚度不应小于钢梁翼缘厚度，并预留排气孔，浇筑孔直径不小于150mm。
在实际工程中，内隔板节点做法主要有2种，详见图2。
（a） （b）
图2 内隔板主要节点形式
图2（a）中，仅在翼缘处增加内隔板；（b）中，在（a）的基础上增加竖向隔板，此节点制作时较为不易，尤其是节点区内隔板有超过2道以上的情况。
以上两大类节点中，外加强环板形式，节点用钢量较大，尤其是钢梁较宽的时候。此外，整块的外环板在装配时，有较大难度，故而，外环板必须要进行切割，而后才能进行节点板与圆管柱的焊接拼接，无形之中，增加了焊缝数量。
而对于内加强环板，需要在柱内进行施焊，施焊空间有限，操作起来没有外面方便，另外就是对于直径较小的圆管柱，无法在柱内焊接内隔板。
3 节点形式的确定
针对以上各种圆钢管混凝土柱-H型钢梁节点形式在工程应用中的优缺点，本文针对不同的圆管柱截面，结合经济性等方面因素，提出以下不同的节点形式。