CN108301561B - 一种装配式钢管混凝土柱身的连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式钢管混凝土柱身的连接结构，它包括第一钢管柱段和第二钢管柱段，第一钢管柱段与第二钢管柱段对接，内钢管插入第二外钢管内的插槽中，第一外钢管与第二外钢管连接处设置内衬管，由V型坡口焊将第一外钢管、第二外钢管和内衬管焊接成一体，在第一外钢管和第二外钢管内的空隙区域灌注胶结材料，排气孔将空隙区域内空气排出，第一耳板与第二耳板通过螺栓安装连接板。本发明的优点是：提高了连接部位的抗剪能力，使柱体达到了不低于现浇混凝土的正截面压弯承载力和抗剪能力，且安装简便，提高了生产和施工效率，还减少了粉尘和噪音污染，达到绿色建筑的环保要求。

Description

一种装配式钢管混凝土柱身的连接结构

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种上下钢管混凝土柱之间的连接。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，传统使用的钢筋混凝土结构的施工过程对环境污染非常严重，已经不符合国家推行的“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针。而装配式建筑结构具有节能、环保的特点，顺应了绿色建筑的时代要求。此外，预制装配式结构在工厂预制完成，可实现预制构件工厂化生产，到工地现场拼装，施工现场的建造过程省去了混凝土浇筑养护和模板支护过程，缩短了工期、提高了混凝土浇筑质量。因为装配式结构具有这些优点，国家出台了不少政策鼓励和引导装配式建筑的发展。

相对于传统的钢筋混凝土而言，由于上部结构荷载大，在高层建筑中容易造成肥梁胖柱，影响建筑结构的使用空间。对于钢管混凝土柱来说，由于外部钢管的存在，混凝土受压膨胀时，钢管限制了混凝土的横向膨胀，使其形成三向受压状态，大大的提高了混凝土的承载能力。如果用钢管混凝土柱代替钢筋混凝土柱，在承受同样荷载的情况下，钢管混凝土因为其优越的受力性能，将有效的减小柱截面尺寸；如果钢管内混凝土采用高强混凝土填充，柱截面尺寸将进一步明显减少。因此，装配式钢管混凝土柱结构除了能有效地增大建筑的使用空间和减少结构自重外，还尤其有利于装配式结构构件的加工、运输、吊装、现场连接。

如图1所示，现有钢管混凝土柱的连接结构包括外钢管2和内衬管4，外钢管2的连接处设置内衬管4，在外钢管2交接处与内衬管4外壁之间用V型坡口焊3焊接成一体，然后在在上下钢管内浇筑混凝土1。

这种钢管混凝土柱的连接结构存在的问题是：混凝土为现场浇筑，混凝土的浇筑质量质量均难以保证，且这些工序对环境污染严重（如粉尘、噪声等污染严重），不符合国家节能减排相关政策。

中国专利文献CN105464289A于2016年4月 6日公开了一种装配式钢管混凝土组合柱，它包括上、下两个柱段，每个柱段由内部钢管混凝土结构和外钢筋混凝土组成（即该组合柱为劲性钢骨混凝土柱）。该第一钢管具有伸出第一外部混凝土部第一配合面的插接部，第一纵向钢筋具有伸出第一配合面的预留段。该第二钢管一端固接有钢套管，钢套管内设有第一插槽，第二纵向钢筋一端固接有钢套筒，钢套筒内设有第二插槽。该第一柱段第一配合面和第二外部混凝土第二配合面面对，插接部插入钢套管的第一插槽内，预留段插入钢套筒的第二插槽内，且插接部和钢套管之间隙、预留段和钢套筒之间隙都注充胶料。

该专利的不足之处在于：1、由于上、下两个柱段预制时预留了许多钢筋对接部位，对构件预制水平要求很高，现场拼接复杂，组装效率较低，又不利于提高连接部位的施工质量；2、钢管交接处为抗剪的薄弱面，胶结材料与混凝土的粘结作用较弱，在受剪时胶结材料与混凝土接触面的抗剪能力很弱，该截面仅能通过外钢管抗剪，对于结构来说存在安全隐患。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种装配式钢管混凝土柱身的连接结构，它能提高连接部位的强度和抗剪能力，在风荷载或地震的作用下能够有效地支撑；安装简便，能提高生产和施工效率，且在工厂预制，对粉尘和噪声能有效的控制。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括第一钢管柱段和第二钢管柱段，

第一钢管柱段包括填充有混凝土的第一外钢管，混凝土浇注面低于第一外钢管端面，且在第一外钢管内的混凝土中嵌有一段伸长的填满混凝土的内钢管，内钢管外圈布设有增强嵌合力的螺钉，第一外钢管空心段壁上开有排气孔，第一外钢管端口部外侧壁焊接有带连接孔的第一耳板，排气孔与第一耳板沿第一外钢管外圆周错开布置；

第二钢管柱段包括填充有混凝土的第二外钢管，混凝土浇注面低于第二外钢管端面，在第二外钢管内的混凝土端面上预留有第一内钢管插入的插槽，从插槽底部至第二外钢管外壁之间开有注浆孔，第二外钢管端口部外侧壁焊接有带连接孔的第二耳板，第二耳板与第一耳板位于钢管壁的同一母线上，注浆孔与第二耳板沿第二外钢管外圆周错开布置；

第一钢管柱段与第二钢管柱段对接，内钢管插入第二外钢管内的插槽中，第一外钢管与第二外钢管连接处设置内衬管，由V型坡口焊将第一外钢管、第二外钢管和内衬管焊接成一体，在第一外钢管和第二外钢管内的空隙区域灌注有胶结材料，第一耳板与第二耳板通过螺栓安装连接板。

本发明的技术效果是：

1、本发明在第一外钢管和第二外钢管的内部设置内衬管采用V型坡口焊连接，保持现有钢管混凝土柱连接处的性能；第一外钢管与第二外钢管连接区段设置一部分灌注胶结材料的空隙区域，既保证了混凝土与钢管之间良好的相互作用，又能避免了焊接时混凝土质量受损、强度下降，且有利于保证上、下结构共同受力以及地震下的良好延性及能量耗散能力。

2、本发明的内钢管中的混凝土具有相应的机械强度和抗剪能力，同时焊接部位增加了内衬管，能参与该区段抗剪，相当于增加了该区段钢管厚度，这些结构共同保证了连接区段柱的抗剪强度的可靠性。向第一外钢管与第二外钢管的空隙区域内注入胶结材料，用以增强第一钢管柱段和第二钢管柱段连接处的连接强度，然后在耳板上安装连接板，进一步增强了连接结构的机械强度。所以具有不低于梁柱的抗剪能力，还具有不低于相邻非连接截面的正截面承载能力。

3、本发明的钢管混凝土柱在工厂制作完成，能控制混凝土质量，尤其是对高强混凝土而言，缩短了混凝土运输距离，能有效的控制混凝土浇筑质量，有利于提高预制柱强度。工厂预制混凝土能有效的控制环境污染和噪声污染，满足绿色环保的施工要求，同时工厂预制也能大大提高预制混凝土柱的生产效率。

本发明的优点是：提高了连接部位的抗剪能力，使柱体达到了不低于现浇混凝土的正截面压弯承载力和抗剪能力，在风荷载或地震的作用下能够有效地支撑，且安装简便，提高了生产和施工效率，还减少了粉尘和噪音污染，达到绿色建筑的环保要求。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为现有钢管混凝土柱的连接结构图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明第一钢管柱段的结构示意图；

图4为本发明第二钢管柱段的结构示意图；

图5为V型坡口焊缝的放大图。

图中：1.混凝土；2.外钢管；3.V型坡口焊；4.内衬管；

5.第一钢管柱段；51. 第一外钢管；52．内钢管；53．排气孔；54．第一耳板；

6.第二钢管柱段；61.第二外钢管；62．插槽；63． 注浆孔；64．第二耳板；

7.连接孔；8. 胶结材料；9.连接板；10. 螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图2、图3和图4所示，本发明包括第一钢管柱段5和第二钢管柱段6；

如图3所示，第一钢管柱段5包括填充有混凝土的第一外钢管51，混凝土浇注面低于第一外钢管51端面，且在第一外钢管51内的混凝土中嵌有一段伸长的填满混凝土的内钢管52，内钢管52外圈布设有增强嵌合力的螺钉10，第一外钢管51空心段壁上开有排气孔53，排气孔53将空隙区域内空气排出，第一外钢管51端口部外侧壁焊接有带连接孔7的第一耳板54，排气孔53与第一耳板54沿第一外钢管51外圆周错开布置；

如图4所示，第二钢管柱段6包括填充有混凝土的第二外钢管61，混凝土浇注面低于第二外钢管61端面，在第二外钢管61内的混凝土端面上预留有第一内钢管52插入的插槽62，从插槽62底部至第二外钢管61外壁之间开有注浆孔63，第二外钢管61端口部外侧壁焊接有带连接孔7的第二耳板64，第二耳板64与第一耳板54位于钢管壁的同一母线上，注浆孔63与第二耳板64沿第二外钢管61外圆周错开布置；

如图2所示，第一钢管柱段5与第二钢管柱段6对接，内钢管52插入第二外钢管61内的插槽62中，第一外钢管51与第二外钢管61连接处设置内衬管4，由V型坡口焊3将第一外钢管51、第二外钢管61和内衬管4焊接成一体，在第一外钢管51和第二外钢管61内的空隙区域灌注有胶结材料8，第一耳板54与第二耳板64通过螺栓安装连接板9。

如图5所示，V型坡口焊3是在第一外钢管51上制作坡口，焊接时第一外钢管51与第二外钢管61之间留一定的缝隙，使得焊缝与第一外钢管51、第二外钢管61钢管和内衬管4均相连，增强焊接处的连接强度。

第一耳板54与第二耳板64由连接板9组合连接，一方面在第一外钢管51与第二外钢管61对接时对第一外钢管51有固定的作用，另一方面，连接板9与耳板的组合结构能增强抵抗预制柱装配时的施工荷载。为了保证连接板9的固定和承受施工过程中施工荷载的功能，且有利于把胶结材料8注入空隙区域，第一钢管柱段5上的排气孔53和第一耳板54、第二钢管柱段6上的注浆孔63和第二耳板64各设为3个，在钢管上沿周向均匀分布。

由于内钢管52外圈布设有螺钉10，使得该段的胶结材料与内钢管52连接良好，即胶结材料8与第一钢管柱段5连接良好。同时由于内钢管52的存在，使得该段内始终有内钢管中的混凝土参与抗剪，不是全截面为胶结材料抗剪，同时焊接部位增加了内衬管4，内衬管4也能参与该区段抗剪，相当于增加了该段钢管厚度，这些措施共同保证了连接区段柱的抗剪强度的可靠性。

本发明的实施过程如下：

1、加工制造第一外钢管和第二外钢管

将第一外钢管51上的第一耳板54焊接好，在第一外钢管51表面将V型坡口制作完成，并开设排气孔53；将第二外钢管61上的第二耳板64焊接好，并开设注浆孔63。

2、制造内钢管

在内钢管52的外圆周上焊接螺钉10。

3、将第一钢管柱段5和第二钢管柱段6在工厂加工完成

将第一外钢管51与内钢管52组合在一起，在工厂内完成混凝土浇筑；将第二外钢管61完成混凝土浇筑，并预留插槽62。

4、先将第二钢管柱段6运至现场固定，把内衬管4放置到第二外钢管61接缝处内侧对应位置，再将第一钢管柱段5在现场与第二钢管柱段6对接，由第一耳板54与第二耳板64用连接板9和螺栓7连接固定。

5、将第一钢管柱段5与第二钢管柱段6之间的缝隙采用V型坡口焊3焊接。

6、将胶结材料8（如水泥灌浆材料、环氧树脂灌浆材料等）通过第二外钢管61的注浆孔63注入，当内部填充密实后，停止注浆。

上述步骤中，第1、2、3步加工第一钢管柱段和第二钢管柱段在工厂内完成；第4、5、6步的连接过程在工地现场制作完成。

Claims (2)

1.一种装配式钢管混凝土柱身的连接结构，包括第一钢管柱段（5）和第二钢管柱段（6），第一钢管柱段(5)与第二钢管柱段(6)对接，第一外钢管(51)与第二外钢管(61)连接处设置内衬管(4)，由V型坡口焊(3)将第一外钢管(51)、第二外钢管(61)和内衬管(4)焊接成一体，其特征是：

第一钢管柱段（5）包括填充有混凝土的第一外钢管（51），混凝土浇注面低于第一外钢管（51）端面，且在第一外钢管（51）内的混凝土中嵌有一段伸长的填满混凝土的内钢管（52），内钢管（52）外圈布设有增强嵌合力的螺钉（10），第一外钢管（51）空心段壁上开有排气孔（53），第一外钢管（51）端口部外侧壁焊接有带连接孔（7）的第一耳板（54），排气孔（53）与第一耳板（54）沿第一外钢管(51)外圆周错开布置；

第二钢管柱段(6)包括填充有混凝土的第二外钢管(61)，混凝土浇注面低于第二外钢管(61)端面，在第二外钢管(61)内的混凝土端面上预留有第一内钢管(52)插入的插槽(62)，从插槽(62)底部至第二外钢管(61)外壁之间开有注浆孔(63)，第二外钢管(61)端口部外侧壁焊接有带连接孔(7)的第二耳板(64)，第二耳板(64)与第一耳板(54)位于钢管壁的同一母线上，注浆孔(63)与第二耳板(64)沿第二外钢管(61)外圆周错开布置；

内钢管(52)插入第二外钢管(61)内的插槽(62)中，在第一外钢管(51)和第二外钢管(61)内的空隙区域灌有胶结材料(8)，第一耳板(54)与第二耳板(64)通过螺栓安装连接板(9)。

2.根据权利要求1所述的装配式钢管混凝土柱身的连接结构，其特征是：第一钢管柱段（5）上的排气孔（53）和第一耳板（54）、第二钢管柱段（6）上的注浆孔（63）和第二耳板（64）各为3个，在钢管上沿周向均匀分布。

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