一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点
技术领域
本实用新型属于建筑钢结构技术领域，特别涉及一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点。
背景技术
节点在一个结构中受力状态最为复杂，因为它承受了上下处的柱以及两端的梁传递的轴力、弯矩和剪力。节点连接部分应具有足够的承载力、刚度及延性；连接的加工和安装比较复杂、费工，因此选择合适的节点构造是钢结构设计中重要的环节。
1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震表明了传统的梁柱节点会出现了大量的脆性破坏，北岭地震节点破坏特点是裂缝从下翼缘焊缝根部向柱段范围扩展，阪神地震节点破坏特点是裂缝从扇形角部向梁端内发展。研究发现主要原因有：(1)焊缝缺陷；由于梁端翼缘和腹板全都是焊接，其连接的抗弯能力基本上等于或略低于梁的全截面抗弯能力，再加上焊缝存在某些缺陷及焊接残余应力等不利因素影响，使得框架梁没有进入塑性之前，节点先发生脆性破坏；(2)焊缝金属冲击韧性低；北岭地震后所作的大型试验对焊缝质量要求非常高，均釆用 E70T-4型低韧性辉条，连接还是出现了早期破坏。
国内外对H型钢柱-H型钢梁连接节点已经有大量使用，然而对方钢管柱-H型钢梁连接的使用相对缺乏；H型钢柱的两个主轴方向刚度有较大差异，并且形状上有明显的内凹，不便于之后的室内空间装修。与H型钢柱相比，方钢管柱没有弱轴，具有承载力强、抗扭刚度大、节约钢材、现场施工方便等优点。已有的方钢管柱与H型钢梁的连接形式多采用焊接，构件不易运输且不便于施工，同时不便于建筑外观设计与室内装修，且现场施焊质量难以保证。
通常方钢管柱与H型钢梁节点采用焊接连接，但焊缝连接易发生脆断且焊缝质量易受施工条件的影响，又由于方钢管柱的闭合性构造在使用时不便于安装普通螺栓，因此能减少现场焊接工作量的对拉螺栓连接节点日益受到人们的关注。然而在使用对拉螺栓时会产生较大的螺栓预紧力，会使得柱壁有明显的内凹变形，目前为提高节点域刚度常用的处理方式有两种：一是方钢管柱内灌混凝土；二是方钢管柱壁加套管或钢板。前者需要现场浇灌混凝土，降低施工效率且无法做到绿色施工；同时由于混凝土凝固需要时间也不能达到快速施工；后者对节点域刚度提高程度有限，柱壁还是会发生一定程度的内凹。
现在已有的很多节点形式性能差，刚度低，不能提供足够的承载力和延性，并且不易安装，塑性发展在梁端和柱上，不利于节点抗震。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点，以解决现有方钢管柱-H型钢梁连接节点施工难度大，且对节点刚度提高程度有限，易发生脆性破坏的技术问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点，包括方钢管柱、内套筒、左梁、右梁、第一槽型连接件、第二槽型连接件及腹板连接件；方钢管柱包括上管柱及下管柱，上管柱与下管柱通过内套筒连接；
左梁及右梁分别设置在方钢管柱的左右两侧，第一槽型连接件设置在方钢管柱及左梁之间，第二槽型连接件设置在方钢管柱及右梁之间；第一槽型连接件的一端与左梁的右端，第二槽型连接件的一端与右梁的左端固定连接，第一槽型连接件的另一端与第二槽型连接件的另一端通过对拉螺栓连接；
方钢管柱的前后两侧分别设置有腹板连接件，腹板连接件的一端与左梁连接，另一端与右梁连接；对拉螺栓依次穿设在腹板连接件、第一槽型连接件、方钢管柱、内套筒及第二槽型连接件上，将方钢管柱、内套筒、第一槽型连接件、第二槽型连接件及腹板连接件连接在一起。
进一步的，内套筒包括第一矩形内套筒及第二矩形内套筒，第一矩形内套筒与第二矩形内套筒的轴线竖向平行设置，第一矩形内套筒与第二矩形内套筒的长壁端固定连接；第一矩形内套筒及第二矩形内套筒的上端穿插在上管柱中，并与上管柱固定连接；第一矩形内套筒及第二矩形内套筒的下端穿插在下管柱中，并与下管柱固定连接。
进一步的，第一矩形内套筒及第二矩形内套筒之间采用焊接固定；第一矩形内套筒及第二矩形内套筒与上管柱之间采用焊接固定，第一矩形内套筒及第二矩形内套筒与下管柱之间采用焊接固定。
进一步的，第一槽型连接件的上缘翼与左梁的上缘翼连接，第一槽型连接件的下缘翼与左梁的下缘翼连接；第二槽型连接件的上缘翼与右梁的上缘翼连接，第二槽型连接件的下缘翼与右梁的下缘翼连接；第一槽型连接件的腹板与第二槽型连接件的腹板之间通过对拉螺栓固定连接。
进一步的，第一槽型连接件与左梁之间采用焊接固定，第二槽型连接件与右梁之间采用焊接固定。
进一步的，腹板连接件包括第一L型板、中间连接板及第二L型板；中间连接板设置在第一L型板及第二L型板之间；第一L型板的一端与左梁的腹板连接，另一端与第一槽型连接件紧贴设置；第二L型板的一端与右梁的腹板连接，另一端与第二槽型连接件紧贴设置；中间连接板与方钢管柱的管壁紧贴设置；对拉螺栓的一端与第一L型板连接，另一端与第二L 型板连接。
进一步的，第一L型板的一端与左梁的腹板之间通过普通螺栓固定连接；第二L型板的一端与右梁的腹板之间通过普通螺栓固定连接。
进一步的，腹板连接件采用一体式结构。
进一步的，上管柱与下管柱之间采用焊接固定。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供了一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点，通过在钢梁梁端设置槽型连接件及腹板连接件，有效增加了钢梁梁端的强度，在节点处形成保险丝，确保了塑形发展的位置不发生在钢梁端和钢柱上，实现了对节点连接件的保护；节点传力明确，腹板连接件与槽型连接件和梁腹板之间产生摩擦力抵抗竖向剪力，并且腹板连接件也能起到抗剪作用；槽型连接件产生的拉压力组成力偶来平衡大部份弯矩；节点连接件之间采用对拉螺栓连接，方便施工，施工效率较高，节点性能好，刚度大，有良好的应用前景。
进一步的，内套筒采用两个矩形内套筒，有效抵抗对拉螺栓预紧力，防止方钢管柱管壁产生内凹，保护了节点核心区域，提高了柱核心区的刚度。
进一步的，腹板连接件与钢梁之间采用螺栓连接，方便施工，大大提高了施工质量，减少了施工工序，缩短了工期，符合装配式建筑的发展理念。
进一步的，方钢管柱之间采用焊接固定，两主轴刚度相同的方钢管柱，相比H型钢柱提高了承载力，节约了用钢量，并且有利于现场施工。
进一步的，槽型连接件与钢梁之间采用焊接固定，保证了节点的强度。
本实用新型所述的一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点，矩形内套筒能有效抵抗螺栓预紧力，防止方钢管柱壁产生内凹，保护了节点核心区域，提高了柱核心区的刚度。在自重和外部荷载作用下，槽型连接件、腹板连接件与方钢管柱之间产生摩擦力，抵抗竖向剪力，同时腹板连接件也能起到抗剪件的作用，而且不用占据左右梁的上下空间，便于后续的装修设计；槽型连接件产生的拉压力，组成一对力偶来平衡大部份梁端弯矩，因此槽型连接件及腹板连接件传递了大部分的剪力和弯矩；对拉螺栓主要承受拉压力；采用全螺栓现场施工，并且选用对拉螺栓，方便施工，大大提高了施工质量并减少了施工工序，缩短了工期，符合装配式建筑的发展理念；本实用新型使用构件少，结构简单，易于加工，节约成本，且能充分发挥各构件优势。
附图说明
图1为本实用新型所述的一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点立体结构示意图；
图2为本实用新型所述的一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点的正视图；
图3为本实用新型所述的一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点的俯视图；
图4为本实用新型所述的一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点中内套筒结构示意图。
其中，1方钢管柱，2内套筒，3左梁，4右梁，5第一槽型连接件，6第二槽型连接件，7腹板连接件，8对拉螺栓，9普通螺栓；11上管柱，12下管柱；21第一矩形内套筒，22第二矩形内套筒；71第一L型板，72中间连接板，73第二L型板。
具体实施方式
下面结合本实用新型附图及具体实施方式，对本实用新型的技术方案进行解释和说明，但下述具体实施方式仅为本实用新型的优选具体实施方式，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
如附图1-4所示，一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点，其特征在于，包括方钢管柱1、内套筒2、左梁3、右梁4、第一槽型连接件5、第二槽型连接件6及腹板连接件7；方钢管柱 1包括上管柱11及下管柱12，上管柱11与下管柱12通过内套筒2连接；上管柱11与下管柱12之间采用焊接固定，确保了方钢管柱1的整体性。
内套筒2包括第一矩形内套筒21及第二矩形内套筒22，第一矩形内套筒21与第二矩形内套筒22的轴线竖向平行设置，第一矩形内套筒21或第二矩形内套筒22的长壁面与左梁3 或右梁4的轴线平行，第一矩形内套筒21与第二矩形内套筒22的长壁端采用焊接固定；第一矩形内套筒21及第二矩形内套筒22的上端穿插在上管柱11中，并与上管柱11的内壁焊接固定；第一矩形内套筒21及第二矩形内套筒22的下端穿插在下管柱12中，并与下管柱12的内壁焊接固定；本实用新型中内套筒2采用两个矩形内套筒，能够有效抵抗对拉螺栓的预紧力，防止方钢管柱管壁产生内凹，保护了节点核心区域，提高了柱核心区的刚度。
左梁3及右梁4分别与方钢管柱1的左右两侧连接，第一槽型连接件5设置在方钢管柱1 及左梁3之间，第一槽型连接件5与左梁3固定连接；第二槽型连接件6设置在方钢管柱1及右梁4之间，第二槽型连接件6与右梁4固定连接；第一槽型连接件5与第二槽型连接件6之间通过对拉螺栓8连接；方钢管柱1的前后两侧分别设置有腹板连接件7，腹板连接件7的一端与左梁3连接，另一端与右梁4连接，腹板连接件7的中间部位与方钢管柱1的管壁紧贴设置；对拉螺栓8依次穿设在腹板连接件7、第一槽型连接件5、方钢管柱1、内套筒2及第二槽型连接件6上，将方钢管柱1、内套筒2、第一槽型连接件5、第二槽型连接件6及腹板连接件7连接在一起；本实用新型通过在钢梁梁端设置槽型连接件及腹板连接件，有效增加了钢梁梁端的强度，在节点处形成保险丝，确保了塑形发展的位置不发生在钢梁端和钢柱上，实现了对节点连接件的保护；节点传力明确，腹板连接件与槽型连接件和梁腹板之间产生摩擦力抵抗竖向剪力，并且腹板连接件也能起到抗剪作用；槽型连接件产生的拉压力组成力偶来平衡大部份弯矩；
第一槽型连接件5的上缘翼与左梁3的上缘翼焊接固定，第一槽型连接件5的下缘翼与左梁3的下缘翼焊接固定；第二槽型连接件6的上缘翼与右梁4的上缘翼焊接固定，第二槽型连接件6的下缘翼与右梁4的下缘翼焊接固定；第一槽型连接件5的腹板与第二槽型连接件6 的腹板之间通过对拉螺栓8固定连接。
腹板连接件7包括第一L型板71、中间连接板72及第二L型板73；中间连接板72设置在第一L型板71及第二L型板73之间；第一L型板71的一端与左梁3的腹板连接，另一端与第一槽型连接件5的腹板内侧紧贴设置；第二L型板73的一端与右梁4的腹板连接，另一端与第二槽型连接件6的腹板内侧紧贴设置；中间连接板72紧贴设置在方钢管柱1的管壁外侧；对拉螺栓8的一端与第一L型板71连接，另一端与第二L型板73连接；优选的，腹板连接件7采用一体式结构，有效保证了节点的整体性和稳定性。
第一L型板71的一端与左梁3的腹板之间通过普通螺栓9固定连接；第二L型板73的一端与右梁4的腹板之间通过普通螺栓9固定连接。
工作原理
本实用新型所述的一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点，在安装对拉螺栓时，矩形内套筒能有效抵抗螺栓预紧力，防止方钢管柱壁产生内凹，保护了节点核心区域，提高了柱核心区的刚度。在自重和外部荷载作用下，槽型连接件与方钢管柱以及腹板连接件之间产生摩擦力，抵抗竖向剪力；同时腹板连接件也能起到抗剪件的作用，而且不用占据左右梁的上下空间，便于后续的装修设计；槽型连接件产生的拉压力，组成一对力偶来平衡大部份梁端弯矩，因此槽型连接件以及腹板连接件传递了大部分的剪力和弯矩；对拉螺栓主要承受拉压力，采用全螺栓现场施工，并且选用对拉螺栓，方便施工，大大提高了施工质量并减少了施工工序，缩短了工期，符合装配式建筑的发展理念；本实用新型使用构件少，结构简单，易于加工，节约成本，且能充分发挥各构件优势。
实施例
本实用新型所述的一种装配式方钢管柱-H型钢梁连接节点，以解决传统节点不便于施工、易发生脆性破坏等缺点；包括上管柱、下管柱、左梁、右梁、第一槽型连接件、第二槽型连接件、第一腹板连接件、第二腹板连接件、第一矩形内套筒、第二矩形内套筒、对拉螺栓及普通螺栓；第一矩形内套筒和第二矩形内套筒的长壁端通过焊接固定在一起，上管柱套设在连接好的第一矩形内套筒和第二矩形内套筒上多半部分外侧，下管柱套设在连接好的第一矩形内套筒和第二矩形内套筒下少半部分外侧，均通过焊接固定；第一槽型连接件设在方钢管柱左侧，第二槽型连接件设在方钢管柱右侧；左梁设置在第一槽型连接件内，通过焊接与第一槽型连接件连接；右梁设置在第二槽型连接件内，通过焊接与第二槽型连接件连接；第一腹板连接件套设在梁柱前侧，通过对拉螺栓和上管柱、下管柱、第一矩形内套筒以及槽型连接件固定；第二腹板连接件套设在梁柱后侧，通过对拉螺栓和上管柱、下管柱、第二矩形内套筒以及槽型连接件固定。
本实用新型充分体现了装配式结构特点，在施工现场只需固定螺栓即可完成组装。工厂内对各组件进行批量生产，第一矩形内套筒和第二矩形内套筒通过焊接固定在一起；上管柱通过焊接固定在已经焊接好的第一矩形内套筒和第二矩形内套筒上侧外部，下管柱通过焊接固定在已经焊接好的第一矩形内套筒和第二矩形内套筒下侧外部，上管柱与下管柱留有少许空隙，再通过塞焊的方式焊接上管柱与下管柱，增强了方钢管柱的整体性；第一槽型连接件通过焊接固定在左梁翼缘上，第二槽型连接件通过焊接固定在右梁翼缘上；上管柱、下管柱、第一矩形内套筒、第二矩形内套筒、第一槽型连接件、第二槽型连接件、第一腹板连接件以及第二腹板连接件的螺栓孔相匹配，第一槽型连接件腹板、第二槽型连接件腹板、第一腹板连接件以及第二腹板连接件通过对拉螺栓固定在焊接好的上下管柱与矩形内套筒上，腹板连接件同时可以抑制槽型翼缘连接件的变形；第一腹板连接件或第二腹板连接件与左梁或右梁通过普通螺栓固定。
以上所述仅表示本实用新型的优选实施方式，任何人在不脱离本实用新型的原理下而做出的结构变形、改进和润饰等，这些变形、改进和润饰等均视为在本实用新型的保护范围内。
