新型钢管混凝土柱节点的提出和改进

钢管混凝土柱-梁节点作为钢管混凝土结构中的重要部位，有着构造形式多样化、受力复杂等特点，也存在研究成果不系统、节点力学性能与施工便利性不能两全等问题。研究开发受力性能优良、施工方便、经济效果好的节点形式是科研和设计人员面临急待解决的课题。结合钢管混凝土节点的不足之处和具体工程的实际需要，本文提出了一种新型钢管混凝土不穿心节点，并结合实际工程作出改进。

关键词: 钢管混凝土；柱-梁节点；实验研究

Abstract:

Steel tube concrete column-beam node as the important parts of the concrete filled steel tube structure, with various form, complex loading structure characteristics, there are also the findings don't system, mechanical properties and construction node convenience can't two congruent problem. Research and development force performance good, construction is convenient, economic effect good node form is scientific research and design researchers face presses for solution of the subject. Combined with concrete filled steel tube node deficiency and concrete of the practical needs, this paper puts forward a new steel tube concrete don't wear heart node, and actual engineering make improvement.

Keywords: steel tube concrete; Column-beam node; Experimental study

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：

1.钢管混凝土柱-梁节点的研究现状

钢管混凝土柱结构主要指在钢管中填充混凝土的结构形式，它具有强度高、延性好、抗震性能强等优异性能。力学性能兼具钢材和混凝土两种材料的优点，又相互弥补了彼此的弱点。借助圆形钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的稳定性，改变中空钢管的失稳模态，使其屈服强度可以充分利用，进而提高其承载力。混凝土和钢管两种材料相互弥补对方弱点，发挥各自的长处，达到极佳的组合使用方式[1~3]。

由于类型较多，受力机理也各有差异，因而尚未形成比较统一的研究共识。以下对钢管混凝土构件间节点的研究现状进行简单的综述。

2.钢管混凝土柱-梁节点类型

节点是多个构件的交接部位，在高层建筑中，一般特指梁与柱的交界部分，是梁柱间起相互作用的一个区域。钢管混凝土柱身与钢筋混凝土楼盖梁的连接节点形式多种多样以下是几种较具代表性的节点形式。

（1）加强环式节点

加强环式节点是《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS159:2004）[7]所推荐的节点形式之一，利用上下加强环分别承受拉应力、压应力，形成力偶来抵抗两端弯矩，利用垂直肋板、型钢承重销、穿心钢板、明牛腿等来传递梁端剪力。加强环式节点是至今为止研究最成熟、应用较多的一种节点，其传力路径简洁明确、节点刚度大、承载力高，其力学性能优越，且用于钢梁与钢管混凝土柱的连接接头中施工方便，是一种综合性能较好的节点。

（2）钢筋环绕式节点

这种类型的节点也是规程所推荐的节点形式之一，包括双梁节点和变宽度单梁节点，其工作机理是利用连续钢筋来传递弯矩，剪力依靠明暗牛腿来传递，这种节点的构件较简单，施工方便，节省钢材，对钢管混凝土柱本身的影响也小，但节点对楼盖梁系布置的影响较大。

（3）劲性环梁节点

这种节点是将原节点区中的抗剪牛腿加高加长，并将牛腿提高到梁纵筋以下，形成抗弯能力较强的抗弯剪牛腿，浇筑混凝土后在节点周边形成一圈刚度较大的劲性混凝土梁，形成一个刚性节点区，利用这个刚性区域的整体工作来承受和传递梁端的弯矩和剪力。这种节点刚度大，承载力高，钢管混凝土柱参与梁柱弯矩分配能力强，在力学性能上比较接近刚性节点，是一种适用于普通钢筋混凝土楼盖的综合性能较好的节点形式。其主要缺点在于环梁钢筋较密，影响了节点区混凝土的浇筑。

钢管混凝土柱-梁节点还包括抗剪环环梁节点、锚定板式节点、钢筋贯通式节点、十字板节点、钢管混凝土柱－平板节点等形式，由于使用范围较窄，在此不逐一说明。

3.现有钢管混凝土柱-梁节点的存在问题和发展趋势

3.1现有节点形式众多，国内外学者也对其进行了大量的实验研究与理论分析。实验研究包括整体结构、局部梁柱区分离体的静载、拟动力试验，也有少量的振动台试验；理论分析包括经典弹塑性分析及有限元分析。通过对现有多种节点的研究报道进行整理总结，发现钢管混凝土柱-梁节点在研究和应用中还存在传递内力的方式不太理想，节点力学性能与施工便利性不能两全，研究成果不系统，节点的动力性能和结构的动力性能研究不足，节点对整体结构的影响研究不足等试验方面的问题还存在不少。

3.2从工程应用中看，我们发现钢管混凝土柱-梁节点大致有如下的发展趋势：

（1）工程师们更趋向使用刚性节点，接近铰接的类型以及并非完全刚接的双梁节点、单-双梁节点，在高层建筑中已很少使用 ；

（2）更趋向于使用梁端弯矩作用管内直接传递的节点，如梁端管外传递或者复合传递的节点类型，弯矩作用管内直接传递的节点类型有着传力路径短、力学机理相对简单明了的优点，正得到更多的工程应用。

4.新型钢管混凝土不穿心节点的提出和改进

4.1结合上述钢管混凝土节点的不足之处和具体工程的实际需要，结合实际工程提出了一种新型钢管混凝土不穿心节点，节点构造如图4-1所示。

图4-1新型钢管混凝土不穿心节点构造图

该节点具有如下特点：

（1）在受力良好的前提下，增设了上、下环板组成的环板组件，环板组件箍着钢管混凝土柱的节点区，使节点区体积更小；由于环板的存在，使其与钢管混凝土柱壁组合成钢环梁，既减少了柱壁的穹延效应，从而减少楼盖梁的变形，又使传递弯、剪、拉、压力更加合理；为保证受力，在所述的钢牛腿与水平环板连接处的应力集中区域设有水平过渡板，并在钢牛腿根部加设水平与竖向加劲板。

（2）钢牛腿的上翼缘、下翼缘及二者之间增加了加劲板，加强了钢牛腿与钢管的连接，从而增强了梁柱连接；由于钢牛腿的刚度大大增加，其抗弯、抗剪能力提高。

（3）由于采用了环板作为钢环梁箍，节点区水平环板的尺寸不需太大，从而使水平环板的设置不受限制，楼盖框架梁可灵活布置；所述的水平环板还可以设计成半环形板或扇环形板，用来连接两侧的钢牛腿，适合于各向不等高的楼盖框架梁的布置。

（4）节点构件施工方便。施工时，所述的钢牛腿与钢管柱可分开吊装，在工厂内在钢管柱上安装好水平环板和竖向环板后，再将其运至施工现场吊装，待施工到指定楼层时再人工安装上钢牛腿。

4.2结合工程实际情况，对钢管混凝土柱－梁节点作出如下改进：

（1）由于在钢牛腿上翼缘、下翼缘及二者之间增加了加劲板，加强了钢牛腿与钢管的连接面，增强梁柱连接，牛腿刚度大大增加，其抗弯、抗剪能力提高，从而使结构可以根据空间要求将楼盖梁做成扁梁成为可能。

（2）由于水平环板和竖向环板二者的纵向截面均呈“L”形，形成“L”形钢环梁箍，节点区水平环尺寸不需太大，本节点水平环板设置不受限制，楼盖框架梁可灵活布置，适合于各向不等高的框架梁布置。

（3）施工时，钢牛腿与钢管柱可分开吊装，在工厂内在钢管柱上安装好水平环板与竖向环板后，再将其运至施工现场吊装，待施工到指定楼层时再人工安装上钢牛腿，施工更方便。

（4）实际工程运用时，进一步处理槽钢翼缘板、水平钢环板、竖向钢环板连接处角部构造，以免这些部位由于应力集中等因素过早屈服，影响节点的安全使用。

5.结语

本文提出的新型新型钢管混凝土不穿心节点仅是一个初步的尝试。尚有大量的研究工作待进一步开展，建议今后从以下几方面继续进行研究。

（1）进一步研究新型新型钢管混凝土不穿心节点的破坏机理，探究节点承载力计算公式，使期更加便于在实际工程中应用。

（2）进行新型新型钢管混凝土不穿心节点在长期荷载作用下的试验，研究钢管壁下混凝土应力集中现象，并探讨其对结构受力的影响。

（3）研究新型新型钢管混凝土不穿心节点对整体结构的影响。

参考文献

[1] 韩林海，钟善桐. 钢管混凝土力学[M]. 大连:大连理工大学出版社. 1996

[2] 蔡绍怀桐. 现代钢管混凝土结构[M]. 北京:人民交通出版社. 2003

[3] 钟善桐. 高层钢管混凝土结构（第三版）[M]. 哈尔滨:黑龙江科学技术出版社. 1999

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。