CN108252425B - 一种钢管约束混凝土节点结构及相应桁架结构与施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢管约束混凝土节点结构，包括弦杆与腹杆，所述弦杆与腹杆均包括钢管与钢筋网架，所述钢筋网架的一端均经普通混凝土预埋在钢管内、另一端均延伸出钢管外部，所述弦杆与腹杆之间经外部的钢筋网架相互连接，连接处浇筑有超高性能混凝土，结构简单，具有承载能力高，施工较为简单的优点，且克服了钢管混凝土桁架节点相贯处因相邻钢管焊接引起钢管疲劳的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢管约束混凝土节点结构及相应桁架结构与施工方法。
背景技术
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，通常，钢管与其内部的核心混凝土共同承受外界荷载，能够相互弥补钢管与混凝土各自单独使用时的缺点。钢管混凝土常以桁架的形式应用在大跨空间结构和桥梁中，作为钢管混凝土桁架体系，常见形式有平面或空间的K、T、X、Y、N型钢管混凝土节点，其中在桁架结构中数K型节点最为常见。在钢管混凝土桁架结构的节点处，在支、主管连接的相贯线上，由于几何形状发生突变，且存在节点处相邻钢管之间的焊接缺陷和焊接残余拉应力，管节点相贯线附近常出现很高的应力集中，易引起疲劳裂纹的发生和发展，降低管节点以及整个桁架结构对交变荷载的抵抗能力。在日常疲劳荷载作用下钢管混凝土桁架节点容易开裂，疲劳裂纹起源于高应力区的初始缺陷处，在“热点”附近由表面裂纹扩展并穿透管壁，逐步扩展而使节点破坏，导致整个桁架结构承载力的丧失。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种钢管约束混凝土节点结构及相应桁架结构与施工方法，不仅结构简单，而且便捷高效。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种钢管约束混凝土节点结构，包括弦杆与腹杆，所述弦杆与腹杆均包括钢管与钢筋网架，所述钢筋网架的一端均经普通混凝土预埋在钢管内、另一端均延伸出钢管外部，所述弦杆与腹杆之间经外部的钢筋网架相互连接，连接处浇筑有超高性能混凝土。
优选的，所述钢筋网架均包括若干根纵筋，若干根纵筋经若干根箍筋绑扎为一体；其中弦杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的弦杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点主管长度；其中腹杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的腹杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点支管长度；所述腹杆的纵筋在弦杆的纵筋上的锚固长度不小于腹杆的纵筋直径的12倍。
优选的，所述弦杆与腹杆的数量均为两根，两弦杆位于节点主管所在直线上，两腹杆位于节点支管所在斜线上，所述弦杆与腹杆外部的钢筋网架相互连接并经超高性能混凝土浇筑为倒“K”形的节点结构。
一种钢管约束混凝土相应桁架结构，包括若干个倒“K”形的钢管约束混凝土节点结构，其中左右相邻的钢管约束混凝土节点结构的弦杆之间连接为一体的直线形，上下相邻的钢管约束混凝土节点结构的腹杆之间连接为一体的斜线形，组成具有相互平行的上下弦杆以及位于上下弦杆之间的若干根波浪状腹杆的桁架结构。
优选的，左右相邻的钢管约束混凝土节点结构的弦杆的钢管制作为一体，供相邻的弦杆共用；上下相邻的钢管约束混凝土节点结构的腹杆的钢管制作为一体，供相邻的腹杆共用。
一种钢管约束混凝土节点结构的施工方法，按以下步骤进行：（1）弦杆以及腹杆部分在浇筑完成后运至施工现场；（2）通过“K”形的UHPC现浇节点模具，将弦杆和腹杆固定在模具内相应位置，通过模具的浇筑孔往模具内部进行UHPC浇筑；（3）常温养护28天后，拆除模具，形成采用UHPC现浇的钢管约束混凝土节点。
优选的，在步骤（1）中，弦杆以及腹杆在制作时，将纵筋用箍筋绑扎固定，绑扎的位置于钢管管口1/3-1/2处，放置于钢管之中，在钢管内浇筑普通混凝土，凝固后拆模，进行28天常温养护，弦杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的弦杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点主管长度；腹杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的腹杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点支管长度，腹杆的纵筋在弦杆的纵筋上的锚固长度不小于腹杆的纵筋直径的12倍。
优选的，在步骤（2）中，所述模具由“K”形的左半边钢模与“K”形的右半边钢模组成，所述左半边钢模与右半边钢模之间经螺栓相互螺接，组合成内部空心的“K”形模具，所述模具周部开设有通向节点的浇筑孔，所述模具在形成节点支管的钢模周部开设有排气通孔；所述模具的管长均大于节点主管与节点支管的长度。
优选的，在步骤（2）中，为方便脱模，在模具内部刷上一层机油。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）承载能力大幅提高，塑性增大，力学性能可靠。（2）节点不需要现场进行相邻钢管的焊接，而是浇筑混凝土连接，避免产生钢管混凝土桁架节点相贯处因焊接引起的钢管疲劳现象，产生裂纹，影响节点的受力性能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为钢管约束混凝土节点结构的构造示意图。
图2为钢管约束混凝土相应桁架结构的构造示意图。
图3为弦杆的构造示意图。
图4为腹杆的构造示意图。
图5为左半边钢模的构造示意图。
图6为模具的构造示意图。
图7为模具的使用状态示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1-7所示，一种钢管约束混凝土节点结构，包括弦杆1与腹杆2，所述弦杆与腹杆均包括钢管3与钢筋网架，所述钢筋网架的一端均经普通混凝土4预埋在钢管内、另一端均延伸出钢管外部，所述弦杆与腹杆之间经外部的钢筋网架相互连接，连接处浇筑有超高性能混凝土5。
在本发明实施例中，所述钢筋网架均包括若干根纵筋6，若干根纵筋经若干根箍筋7绑扎为一体，节点处采用纵筋及箍筋加密，减少UHPC受拉裂缝的产生；其中弦杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的弦杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点主管长度；其中腹杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的腹杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点支管长度；所述腹杆的纵筋在弦杆的纵筋上的锚固长度不小于腹杆的纵筋直径的12倍。
在本发明实施例中，所述弦杆与腹杆的数量均为两根，两弦杆位于节点主管所在直线上，两腹杆位于节点支管所在斜线上，所述弦杆与腹杆外部的钢筋网架相互连接并经超高性能混凝土浇筑为倒“K”形的节点结构。
一种钢管约束混凝土相应桁架结构，包括若干个倒“K”形的钢管约束混凝土节点结构，其中左右相邻的钢管约束混凝土节点结构的弦杆之间连接为一体的直线形，上下相邻的钢管约束混凝土节点结构的腹杆之间连接为一体的斜线形，组成具有相互平行的上下弦杆以及位于上下弦杆之间的若干根波浪状腹杆的桁架结构。
在本发明实施例中，左右相邻的钢管约束混凝土节点结构的弦杆的钢管制作为一体，供相邻的弦杆共用；上下相邻的钢管约束混凝土节点结构的腹杆的钢管制作为一体，供相邻的腹杆共用。
一种钢管约束混凝土节点结构的施工方法，按以下步骤进行：（1）弦杆以及腹杆部分在浇筑完成后运至施工现场；（2）通过“K”形的UHPC现浇节点模具8，将弦杆和腹杆固定在模具内相应位置，通过模具的浇筑孔往模具内部进行UHPC浇筑；（3）浇筑完成待UHPC凝固后，常温养护28天后，拆除模具，形成采用UHPC现浇的钢管约束混凝土节点。
在本发明实施例中，在步骤（1）中，弦杆以及腹杆在制作时，将纵筋用箍筋绑扎固定，绑扎的位置于钢管管口1/3-1/2处，放置于钢管之中，纵筋和箍筋主要用来加固钢管约束混凝土腹杆和弦杆与现浇UHPC节点之间的粘结；在钢管内浇筑普通混凝土，凝固后拆模，进行28天常温养护，弦杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的弦杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点主管长度；腹杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的腹杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点支管长度，腹杆的纵筋在弦杆的纵筋上的锚固长度不小于腹杆的纵筋直径的12倍。
在本发明实施例中，在步骤（2）中，模具根据钢管约束混凝土K形节点相贯处形状与大小预制，所述模具由结构相同的“K”形的左半边钢模9与“K”形的右半边钢模10组成，所述左半边钢模与右半边钢模之间经螺栓11相互螺接，组合成内部空心的“K”形模具，所述模具周部开设有通向节点的浇筑孔13，进行UHPC浇筑，所述模具在形成节点支管的钢模周部开设有排气通孔12，方便浇筑UHPC时模具内气体排出，该模具可重复利用；所述模具的管长均大于节点主管与节点支管的长度，方便将其固定在弦杆和腹杆上。
在本发明实施例中，在步骤（2）中，为方便脱模，在模具内部刷上一层机油。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的钢管约束混凝土节点结构及相应桁架结构与施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种钢管约束混凝土节点结构，其特征在于：包括弦杆与腹杆，所述弦杆与腹杆均包括钢管与钢筋网架，所述钢筋网架的一端均经普通混凝土预埋在钢管内、另一端均延伸出钢管外部，所述弦杆与腹杆之间经外部的钢筋网架相互连接，连接处浇筑有超高性能混凝土；所述钢筋网架均包括若干根纵筋，若干根纵筋经若干根箍筋绑扎为一体；其中弦杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的弦杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点主管长度；其中腹杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的腹杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点支管长度；所述腹杆的纵筋在弦杆的纵筋上的锚固长度不小于腹杆的纵筋直径的12倍；所述弦杆与腹杆的数量均为两根，两弦杆位于节点主管所在直线上，两腹杆位于节点支管所在斜线上，所述弦杆与腹杆外部的钢筋网架相互连接并经超高性能混凝土浇筑为倒“K”形的节点结构；该钢管约束混凝土节点结构的施工方法按以下步骤进行：（1）弦杆以及腹杆部分在浇筑完成后运至施工现场；（2）通过“K”形的UHPC现浇节点模具，将弦杆和腹杆固定在模具内相应位置，通过模具的浇筑孔往模具内部进行UHPC浇筑；（3）常温养护28天后，拆除模具，形成采用UHPC现浇的钢管约束混凝土节点。
2.根据权利要求1所述的钢管约束混凝土节点结构，其特征在于：在步骤（1）中，弦杆以及腹杆在制作时，将纵筋用箍筋绑扎固定，绑扎的位置于钢管管口1/3-1/2处，放置于钢管之中，在钢管内浇筑普通混凝土，凝固后拆模，进行28天常温养护，弦杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的弦杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点主管长度；腹杆的钢管内预埋的纵筋长度为2-3倍的腹杆钢管内混凝土截面直径、伸出钢管外的纵筋长度为节点支管长度，腹杆的纵筋在弦杆的纵筋上的锚固长度不小于腹杆的纵筋直径的12倍。
3.根据权利要求1所述的钢管约束混凝土节点结构，其特征在于：在步骤（2）中，所述模具由“K”形的左半边钢模与“K”形的右半边钢模组成，所述左半边钢模与右半边钢模之间经螺栓相互螺接，组合成内部空心的“K”形模具，所述模具周部开设有通向节点的浇筑孔，所述模具在形成节点支管的钢模周部开设有排气通孔；所述模具的管长均大于节点主管与节点支管的长度。
4.根据权利要求1所述的钢管约束混凝土节点结构，其特征在于：在步骤（2）中，为方便脱模，在模具内部刷上一层机油。
5.一种钢管约束混凝土相应桁架结构，采用如权利要求1所述的钢管约束混凝土节点结构，其特征在于：包括若干个倒“K”形的钢管约束混凝土节点结构，其中左右相邻的钢管约束混凝土节点结构的弦杆之间连接为一体的直线形，上下相邻的钢管约束混凝土节点结构的腹杆之间连接为一体的斜线形，组成具有相互平行的上下弦杆以及位于上下弦杆之间的若干根波浪状腹杆的桁架结构。
6.根据权利要求5所述的钢管约束混凝土相应桁架结构，其特征在于：左右相邻的钢管约束混凝土节点结构的弦杆的钢管制作为一体，供相邻的弦杆共用；上下相邻的钢管约束混凝土节点结构的腹杆的钢管制作为一体，供相邻的腹杆共用。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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