本實(shí)用新型涉及一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的多腔鋼管混凝土組合柱結(jié)構(gòu)體系，具體涉及一種用于偏心梁柱的帶側(cè)板螺栓節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

多腔鋼管混凝土組合柱組合結(jié)構(gòu)體系作為一種新型的鋼管混凝土組合柱結(jié)構(gòu)體系解決了住宅體系中柱腳外凸的問(wèn)題，同時(shí)這種新型結(jié)構(gòu)體系充分發(fā)揮了鋼管和混凝土兩種材料的長(zhǎng)處，具有承載力高、塑性和韌性好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。

目前我國(guó)《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(GECS159：2004)提供的用于鋼管混凝土組合柱鋼梁節(jié)點(diǎn)主要由內(nèi)隔板式、外環(huán)板式等形式的節(jié)點(diǎn)。但到目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中鋼管混凝土組合柱與鋼梁節(jié)點(diǎn)連接存在以下不足：

(1)內(nèi)隔板式節(jié)點(diǎn)中的內(nèi)隔板與梁的翼緣在同一水平面內(nèi)時(shí)，節(jié)點(diǎn)滿足剛性節(jié)點(diǎn)的要求，但這種節(jié)點(diǎn)當(dāng)管柱邊較長(zhǎng)時(shí)才能使用。因?yàn)楫?dāng)邊長(zhǎng)較小時(shí)不僅焊接困難，而且將妨礙管內(nèi)混凝土澆筑，另外梁翼緣與內(nèi)隔板在柱壁同一處兩側(cè)熔透焊縫，鋼材產(chǎn)生較大焊接殘余應(yīng)力，使得節(jié)點(diǎn)處的鋼材容易產(chǎn)生分層或脆性破壞。

(2)影響建筑外觀和使用。如外環(huán)板節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)施工簡(jiǎn)單、傳力明確，并不受鋼管邊長(zhǎng)的限制，但需要足夠大的水平環(huán)板保證節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，用鋼量比內(nèi)隔板節(jié)點(diǎn)大。并應(yīng)用于邊角柱時(shí)，水平環(huán)板不僅妨礙墻板的安裝，而且造成加強(qiáng)環(huán)突出建筑立面，使得室內(nèi)外節(jié)點(diǎn)處有凸角，影響觀感，需要靠裝飾或吊頂來(lái)解決。

(3)節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能和施工的簡(jiǎn)易性、經(jīng)濟(jì)性不能兩全。在實(shí)際應(yīng)用中，有些節(jié)點(diǎn)類型力學(xué)性能較好，節(jié)點(diǎn)的整體剛度也好，但材料用量大，施工復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于偏心梁柱的帶側(cè)板螺栓節(jié)點(diǎn)，通過(guò)采用梁端與柱壁緣分離和全高度側(cè)板，滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳力明確，裝配程度高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種用于偏心梁柱的帶側(cè)板螺栓節(jié)點(diǎn)，包括設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的第一鋼板和第二鋼板，其中，第一鋼板包括相連接的第一段鋼板、第二段鋼板和第三段鋼板，第一段鋼板和第三段鋼板對(duì)稱設(shè)置在第二段鋼板兩側(cè)，第一段鋼板、第三段鋼板傾斜設(shè)置在第二段鋼板的兩端，多腔鋼管混凝土組合柱的另一側(cè)壁上還設(shè)置有第三鋼板，第一段鋼板、第三段鋼板的兩端均與第三鋼板接觸，第三段鋼板、第三鋼板均與第二鋼板平行；鋼梁上翼緣、下翼緣上均設(shè)置有耳板，耳板與第二鋼板、第三鋼板相連，鋼梁的腹板兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有連接角鋼。

所述多腔鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個(gè)暗柱之間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間通過(guò)隔板連接。

所述第一鋼板、第二鋼板均通過(guò)焊縫焊接于多腔鋼管混凝土組合柱上。

所述鋼梁上翼緣頂部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)相平行的耳板，鋼梁下翼緣底部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)相平行的耳板。

所述第三鋼板、耳板和連接角鋼上均開設(shè)有孔，耳板與第三鋼板通過(guò)螺栓相連，連接角鋼與第三鋼板通過(guò)螺栓相連。

所述鋼梁為工字鋼梁。

所述鋼梁的端部設(shè)置有加勁肋。

所述第三鋼板與第二鋼板之間設(shè)置有加勁肋。

所述加勁肋頂部和底部均設(shè)置有蓋板。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在：

(1)本實(shí)用新型通過(guò)在組合柱兩側(cè)設(shè)置第一鋼板和第二鋼板，并于組合柱另一側(cè)設(shè)置第三鋼板，并且第三鋼板與第一鋼板的端部接觸，第三鋼板與第二鋼板平行，在鋼梁上翼緣和下翼緣上設(shè)置耳板，并使耳板與第一鋼板、第三鋼板相連，鋼梁的腹板兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有連接角鋼，并將連接角鋼與第三鋼板相連，完成偏心柱梁節(jié)點(diǎn)的裝配，本實(shí)用新型中多腔鋼管混凝土柱與鋼梁雙側(cè)板剛性連接節(jié)點(diǎn)連接方式以及傳力方式獨(dú)特，由于梁端與柱壁分離和全高度側(cè)板的使用。梁、柱之間的物理隔離改變了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的傳力路徑，消除了三軸應(yīng)力集中，不僅能使塑性鉸由節(jié)點(diǎn)處外移到梁上，而且消除了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)柱翼緣撕裂破壞和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)能力對(duì)柱腹板薄弱板區(qū)的依賴的缺陷。滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)及原則。

(2)由于全高度雙側(cè)板(即第一鋼板和第二鋼板)的使用，多腔鋼管混凝土組合柱身保持完整性，使得鋼管內(nèi)混凝土澆筑更加方便，容易保證節(jié)點(diǎn)域混凝土的澆筑質(zhì)量。

(3)由于鋼梁只通過(guò)耳板以及連接角鋼將彎矩剪力傳遞給第一鋼板和第三鋼板，使得鋼梁可以與柱端分離，減少了鋼梁的凈跨，可以一定程度上降低鋼梁的高度，滿足住宅用戶對(duì)住宅功能的需求。

(4)本實(shí)用新型的節(jié)點(diǎn)裝配化程度高，多腔鋼管混凝土組合柱、鋼板、鋼梁、耳板、第三鋼板和連接角鋼均可在工廠預(yù)制完成，減少安裝的焊接工作量，現(xiàn)場(chǎng)安裝只需定位裝配。節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單，裝配化程度高，安裝方便快捷。由于現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)避免采用傳統(tǒng)的熔透焊，傳統(tǒng)熔透焊容易使鋼材產(chǎn)生較大焊接殘余應(yīng)力，使得節(jié)點(diǎn)處的鋼材容易產(chǎn)生分層或脆性破壞。本實(shí)用新型節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)全部采用高強(qiáng)螺栓連接，裝配化程度高，節(jié)點(diǎn)連接可靠。

進(jìn)一步的，由于第一鋼板、第二鋼板與鋼管混凝土組合柱只在外柱壁通過(guò)焊縫連接，鋼管混凝土內(nèi)部沒(méi)有焊縫，與傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)相比，該節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，受力合理。

附圖說(shuō)明

圖1為預(yù)制多腔鋼管混凝土組合柱的示意圖；其中，圖1(a)～圖1(e)為多腔鋼管混凝土組合柱的裝配過(guò)程示意圖。

圖2為預(yù)制鋼梁的示意圖。其中，圖2(a)～圖2(c)為鋼梁的裝配過(guò)程示意圖。

圖3為本實(shí)用新型的裝配示意圖。其中，圖3(a)～圖3(c)為整體裝配過(guò)程示意圖。

圖4為梁上下翼緣屈服示意圖。

圖5為梁端出現(xiàn)塑性鉸示意圖。

圖6為蓋板破壞示意圖。

圖7為最終破壞示意圖。

圖8為滯回曲線圖。

圖中，1為多腔鋼管混凝土組合柱，2為鋼梁，3為第一鋼板，4為第二鋼板，5為第三鋼板，6為連接角鋼，7為耳板，8為加勁肋，9為蓋板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

參見圖3，本實(shí)用新型包括設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的第一鋼板3和第二鋼板4，即2個(gè)鋼板設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，其中，第一鋼板3包括相連接的第一段鋼板、第二段鋼板和第三段鋼板，第一段鋼板和第三段鋼板對(duì)稱設(shè)置在第二段鋼板兩側(cè)，第一段鋼板、第三段鋼板傾斜設(shè)置在第二段鋼板的兩端，多腔鋼管混凝土組合柱的另一側(cè)壁上還設(shè)置有第三鋼板5，第一段鋼板、第三段鋼板的兩端均與第三鋼板5接觸，第三段鋼板、第三鋼板5均與第二鋼板4平行；第一鋼板3和第二鋼板4均通過(guò)角焊縫設(shè)置在多腔鋼管混凝土組合柱上。第三鋼板5與第二鋼板4之間設(shè)置有加勁肋8，加勁肋8的頂部和底部設(shè)置有蓋板9。

鋼梁上翼緣頂部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)相平行的耳板7，鋼梁下翼緣底部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)相平行的耳板7；第三鋼板5、耳板7和連接角鋼6上均開設(shè)有孔，一側(cè)的耳板7通過(guò)螺栓與第三鋼板5相連，另一側(cè)的耳板7通過(guò)螺栓與第二鋼板4相連，鋼梁的腹板一側(cè)的連接角鋼6通過(guò)螺栓與第三鋼板5相連，鋼梁的腹板另一側(cè)的連接角鋼6通過(guò)螺栓與第二鋼板4相連。

本實(shí)用新型中鋼梁通過(guò)第一鋼板、第二鋼板、第三鋼板、耳板連接于多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的第二鋼板4的外伸端。

本實(shí)用新型中多腔鋼管混凝土組合柱包括位于兩端的暗柱，兩個(gè)暗柱之間設(shè)置有相平行的腹板，腹板之間通過(guò)隔板連接。

所述鋼梁為工字鋼梁，并且鋼梁的與組合柱相連接的一端部設(shè)置有加勁肋。

上述一種用于偏心梁柱的帶側(cè)板螺栓節(jié)點(diǎn)的裝配方法，參見圖1，預(yù)先按照設(shè)計(jì)在鋼板定位開孔，再將第一鋼板3和第二鋼板4通過(guò)焊縫固定在多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，再于多腔鋼管混凝土組合柱的另一側(cè)壁上通過(guò)焊縫設(shè)置第三鋼板5，使得第三鋼板5與第一鋼板3的兩端接觸，第三鋼板5與第二鋼板4平行，然后在第三鋼板5與第二鋼板4之間設(shè)置加勁肋8，加勁肋8與多腔鋼管混凝土組合柱的側(cè)壁間隔設(shè)置，加勁肋8頂部和底部均設(shè)置有蓋板9，得到預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱；參見圖2，先在鋼梁上翼緣頂部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)相平行的耳板7，鋼梁下翼緣底部沿長(zhǎng)度方向設(shè)置兩個(gè)相平行的耳板7，在鋼梁的腹板兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有連接角鋼6，即鋼梁腹板一側(cè)設(shè)置一個(gè)連接角鋼6，得到預(yù)制好的鋼梁；參見圖3，然后將預(yù)制好的多腔鋼管混凝土組合柱和鋼梁運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，將混凝土澆筑于多腔鋼管混凝土組合柱內(nèi)，再將預(yù)制好的鋼梁從上向下吊裝到節(jié)點(diǎn)區(qū)域，將一側(cè)的耳板7通過(guò)螺栓與第三鋼板5相連，另一側(cè)的耳板7通過(guò)螺栓與第二鋼板4相連，鋼梁的腹板一側(cè)的連接角鋼6通過(guò)螺栓與第三鋼板5相連，鋼梁的腹板另一側(cè)的連接角鋼6通過(guò)螺栓與第二鋼板4相連，完 成裝配。

本實(shí)用新型中可以在工廠預(yù)制完成第一鋼板、第二鋼板按照定位焊接于多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)，并在多腔鋼管混凝土組合柱的另一側(cè)壁上還設(shè)置第三鋼板5。在工廠內(nèi)先預(yù)制鋼梁、耳板和連接角鋼，然后再于工廠內(nèi)將耳板按照設(shè)計(jì)尺寸焊接于鋼梁上翼緣和下翼緣上，再按照設(shè)計(jì)尺寸在耳板上開設(shè)螺紋孔，將連接角鋼按照定位尺寸焊接在鋼梁腹板處，上述過(guò)程均是在工廠中提前預(yù)制好的，節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)制作的不便，提高了效率。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，將鋼梁自上而下吊裝定位于節(jié)點(diǎn)區(qū)域，連接角鋼和多腔鋼管混凝土組合柱兩側(cè)的鋼板通過(guò)安裝螺絲連接，將耳板與第二鋼板、第三鋼板連接，固定鋼梁的位置。

本實(shí)用新型節(jié)點(diǎn)有兩大創(chuàng)新：梁端與柱壁緣分離和全高度側(cè)板的使用。梁、柱之間的物理隔離改變了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的傳力路徑，消除了三軸應(yīng)力集中，不僅能使塑性鉸由節(jié)點(diǎn)處外移到梁上，而且消除了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)柱翼緣撕裂破壞和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)能力對(duì)柱腹板薄弱板區(qū)的依賴的缺陷。滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)及原則。同時(shí)節(jié)點(diǎn)可以分為2部分分別在工廠預(yù)制完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝只需簡(jiǎn)單裝配，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單裝配化程度高。

下面對(duì)本實(shí)用新型的破壞模式和節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行說(shuō)明。

現(xiàn)以多腔鋼管混凝土組合柱—鋼梁U形剛接節(jié)點(diǎn)為列說(shuō)明新型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。利用ABAQUS軟件對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析，節(jié)點(diǎn)柱為200x600的多腔鋼管混凝土組合柱，梁采用H350x150x6x10的焊接工字鋼，節(jié)點(diǎn)處雙側(cè)板以及蓋板厚度均與梁翼緣同厚。有限元分析結(jié)果如下。

1.破壞模式

本實(shí)用新型的多腔鋼管混凝土組合柱—鋼梁剛性連接節(jié)點(diǎn)，由于采用多腔鋼管混凝土組合柱，鋼管對(duì)混凝土有較強(qiáng)的約束作用，柱身整體的承載力以及延性均比較好，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求。本實(shí)用新型的連接節(jié)點(diǎn)的破壞順序如圖4-7所示。(1)當(dāng) 水平外力作用時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)域梁端上下翼緣首先進(jìn)入塑性，而蓋板和側(cè)板除了少部分應(yīng)力集中區(qū)域屈服外，其余大部分區(qū)域鋼材仍處于彈性階段(如圖4所示)。(2)隨著外力增大,梁端先于其他部分首先出現(xiàn)塑性鉸(如圖5所示)，此時(shí)蓋板部分區(qū)域鋼材屈服進(jìn)入塑性階段，而側(cè)板除少部分應(yīng)力集中區(qū)域外，大部分區(qū)域鋼材仍處于彈性階段。(3)由于鋼材材料的強(qiáng)化作用，當(dāng)外力荷載持續(xù)增大時(shí)，蓋板兩側(cè)與側(cè)板連接區(qū)域鋼板剪切屈服，鋼材進(jìn)入塑性發(fā)展階段，此時(shí)節(jié)點(diǎn)側(cè)板大部分區(qū)域仍處于彈性階段，只有少部分應(yīng)力集中處鋼板屈服(如圖6所示)。(4)如圖7所示，隨著荷載的不斷增加，結(jié)構(gòu)最終破壞，此時(shí)梁端上下翼緣屈曲，而側(cè)板仍只有部分進(jìn)入塑性階段，節(jié)點(diǎn)區(qū)域的側(cè)板大部分仍處于彈性階段。

2.節(jié)點(diǎn)的抗震性能

根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，結(jié)構(gòu)應(yīng)具備多道抗震設(shè)防線，避免因部分構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整體體系破壞，同時(shí)也要求結(jié)構(gòu)應(yīng)具備必要的強(qiáng)度、良好的變形能力和耗能能力。本實(shí)用新型的剛性連接節(jié)點(diǎn)，采用柱與梁端隔離的方式，通過(guò)全高度側(cè)板以及蓋板構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)連接件來(lái)傳遞梁端彎矩以及剪力。

由于上述的破壞順序，當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r(shí)，梁端首先出現(xiàn)塑性鉸，消耗一定的地震能量，之后蓋板剪切屈服，進(jìn)一步耗散地震能量，最終破壞時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)域側(cè)板只是部分屈服進(jìn)入塑性，大部分仍處于彈性階段。整體結(jié)構(gòu)滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。

延性是指結(jié)構(gòu)或破壞之前，其承載力無(wú)顯著降低的條件下經(jīng)受非彈性變形能力，在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，延性指標(biāo)是一個(gè)重要特性。多腔鋼管混凝土組合柱—鋼梁U形剛接節(jié)點(diǎn)的層間位移角為7％—10％，滿足我國(guó)規(guī)范要求。

當(dāng)結(jié)構(gòu)處于地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)有一個(gè)能量吸收和耗散的持續(xù)過(guò)程。當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)時(shí)，其抗震性能主要取決于構(gòu)件耗能能力。滯回曲線中加載階段曲線所包圍的面積可以反映結(jié)構(gòu)吸收能量的大?。欢遁d時(shí)的曲線與加載時(shí)曲線所包圍的面積即為耗散能量。這些能 量是通過(guò)材料的內(nèi)摩阻或局部損傷而將能量變?yōu)闊崮苌⑹У娇臻g中去。散失的能量越多，結(jié)構(gòu)破壞的可能性越小。由于上述的節(jié)點(diǎn)破壞順序，梁端以及蓋板先后耗散大量地震能量，最終保證節(jié)點(diǎn)的具有較好的耗能能力。如圖8所示，節(jié)點(diǎn)的滯回曲線飽滿，沒(méi)有明顯的捏縮現(xiàn)象，耗散大量地震能量，節(jié)點(diǎn)的耗能能力好，具有較強(qiáng)的抗震性能。