摘要：介紹了帶環(huán)筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節(jié)點的設計建議及施工工藝過程。節(jié)點包括暗穿心牛腿、環(huán)筋、板放射筋、梁主筋螺紋套筒。本節(jié)點傳力直接、強度高、延性好、施工方便，有很好的工程應用前景。

　　關鍵詞：鋼管混凝土柱節(jié)點,穿心牛腿,施工工藝

　　鋼管混凝土構件具有優(yōu)越的力學性能[1-2]，在工程中有廣泛的應用。鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點設計，直接影響到結構的整體剛度、受力性能和安全性，也影響到施工的難易和工程進度，因而成為鋼管混凝土結構設計中的關鍵環(huán)節(jié)。本文提出帶環(huán)筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節(jié)點不帶環(huán)梁，能很好地滿足建筑及裝飾設計要求，而且經(jīng)過試驗與有限元分析，發(fā)現(xiàn)此節(jié)點具有傳力直接、強度高、延性好等特點[3-4]，有很好的工程應用前景。

　　0. 節(jié)點做法

　　鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點結構包括暗穿心牛腿、環(huán)筋、板放射筋、梁主筋螺紋套筒，如圖1所示。所述暗穿心牛腿穿過鋼管在鋼管內(nèi)部焊接，與鋼管相交部分亦雙面焊接，環(huán)筋焊接在鋼管外側鋼牛腿上，板放射筋端部彎折鉤在環(huán)筋上，并伸至板底(圖2)，梁主筋螺紋套筒焊接在鋼牛腿端部與主筋位置重合(圖3)。為了更好地實現(xiàn)本實用新型，暗穿心牛腿的焊接全部采用雙面角焊縫。環(huán)筋焊接在鋼管外側20毫米處，鋼牛腿上側。板放射筋端部彎折成90度鉤在環(huán)筋上，并用鋼絲綁定，伸至板底。所述梁主筋螺紋套筒全長角焊縫焊接在鋼牛腿上，與主筋位置嚴格平行，螺紋套筒內(nèi)徑與主筋直徑相同。

　　1.設計建議

　　1.1 工字型鋼牛腿的截面設計

　　鋼牛腿的高度和寬度根據(jù)所連接的鋼筋混凝土梁的尺寸來確定，如圖4所示各項參數(shù)：

　　1.1.1工字型鋼牛腿的寬度

　　鋼牛腿在鋼管外的部分，其寬度等于鋼筋混凝土梁的寬度減去左右保護層的厚度：

　　——保護層厚度，一般可取25mm。

　　在鋼管內(nèi)部，由于混凝土的作用，其應力逐漸減小，相應鋼牛腿的寬度也可以減小至一半，以節(jié)省材料。如圖5所示。

　　1.1.2 工字型鋼牛腿的高度

　　、 ——鋼板翼緣上焊接的螺紋套筒外直徑。

　　當相連的鋼筋混凝土梁的主筋有兩排時，可在翼緣內(nèi)部再焊接一排。

　　1.1.3鋼牛腿伸出鋼管的長度

　　根據(jù)環(huán)筋的焊接位置和螺紋套筒的長度來確定。

　　1.1.4鋼牛腿鋼板厚度的確定

　　根據(jù)構件設計承載力、焊縫高度等選擇鋼板的厚度。

　　1.1.4.1 抗彎強度驗算[5]

　　——鋼筋混凝土梁承受的最大彎矩設計值;

　　——截面塑性發(fā)展系數(shù);

　　——翼緣對軸心的慣性矩， ——腹板對軸心的慣性矩， ——鋼材的抗彎強度設計值。

　　同時尚應滿足鋼板的受拉承載力大于所連接所有鋼筋的最大承載力[5]：

　　——鋼筋混凝土梁受拉鋼筋的總截面積;

　　——受拉鋼筋的抗拉強度設計值。

　　1.1.4.2 抗剪強度驗算[5]

　　——鋼筋混凝土梁承受的最大剪力設計值;

　　——截面面積矩，此處為鋼牛腿 軸以上截面對中和軸的面積矩， ;

　　——腹板厚度;

　　——鋼材的抗剪強度設計值。

　　1.2 放射筋和環(huán)筋的設計

　　放射筋按構造配置，其直徑可與板負筋相同，數(shù)量根據(jù)鋼管的直徑確定，一般直徑1米的鋼管可布置7根，酌情增減。環(huán)筋的選擇根據(jù)放射筋的數(shù)量確定，基本按構造選取，為了控制裂縫的發(fā)展，鋼筋的直徑不宜太大。

　　1.3 焊縫設計

　　1.3.1工字鋼翼緣與腹板連接

　　工字鋼翼緣與腹板連接的焊縫應滿足[5]：

　　式中： ——焊縫高度;

　　——計算位置的剪力;

　　——計算翼緣毛截面對梁中和軸的面積矩;

　　——角焊縫的強度設計值。

　　1.3.2 鋼牛腿與鋼管的焊接

　　鋼牛腿與鋼管之間的連接采用滿焊，其強度驗算尚需滿足[5]：

　　式中： ， ——焊縫處的彎矩值;

　　——焊縫抵抗矩;

　　， ——焊縫位置的剪力;

　　——焊縫的有效截面面積。

　　——正面角焊縫的強度設計值增大系數(shù)。對于承受靜力荷載和間接動力荷載直角角焊縫取 ，其他情況取1.0。

　　1.3.3 螺紋套筒與鋼牛腿的焊接

　　因為市面上的螺紋套筒普遍較短，故采用滿焊，其焊腳高度尚應滿足[5]：

　　1.3.4 焊縫的構造要求

　　如果角焊縫的焊腳尺寸 太大，則焊縫收縮時將產(chǎn)生較大的焊接變形[6]，且在熱影響區(qū)擴大的情況下，容易產(chǎn)生脆裂，較薄焊件可能會燒穿。所以要求[5]：

　　2 節(jié)點的施工工藝

　　本節(jié)點的加工包括下述步驟與工藝條件：

　　(1)根據(jù)混凝土梁截面高度減去保護層厚度及鋼筋直徑確定鋼牛腿高度，根據(jù)混凝土梁截面寬度減去保護層厚度確定鋼牛腿翼緣寬度，根據(jù)螺紋套筒與牛腿的焊接長度確定鋼牛腿伸出鋼管的長度;

　　(2)根據(jù)鋼管直徑大小選擇板面放射筋的數(shù)量，直徑1米的鋼管選擇均勻放置7根板面放射筋;

　　(3)分別進行鋼牛腿與鋼管的焊接、在鋼管內(nèi)鋼牛腿之間的焊接、環(huán)筋與鋼牛腿的焊接以及螺紋套筒與鋼牛腿的焊接;

　　(4)在施工前進行梁主筋端部墩粗以及開螺紋絲，施工時，梁主筋與螺紋套筒擰緊;板面放射筋鉤在環(huán)筋上并均勻布置，用鋼絲綁扎。

　　上述步驟完成后，按照普通施工步驟綁扎板筋和梁筋，質(zhì)量檢驗后澆筑混凝土即可。

　　3 小結

　　本節(jié)點與現(xiàn)有鋼管混凝土節(jié)點相比，具有如下有益效果：

　　(1)不帶環(huán)梁，本節(jié)點采用穿心暗牛腿，從外形上看與普通鋼筋混凝土梁一樣，能很好地滿足建筑及裝飾設計要求。

　　(2)能很好地控制板柱交接處裂縫的開展，板放射筋均勻布置在梁之間控制裂縫的開展，其傳遞的拉力由焊接在鋼牛腿上翼緣的環(huán)筋來承受。

　　(3)施工方便，鋼管、環(huán)筋、梁主筋螺紋套筒與鋼牛腿的焊接都可在工廠完成，現(xiàn)場只需完成梁主筋的螺紋連接和一般的鋼筋綁扎工作，大大減少了現(xiàn)場的焊接工作量，能更好地保證焊縫質(zhì)量。

　　參考文獻：

　　[1] 韓林海.鋼管混凝土結構——理論與實踐[M].北京：科學出版社，2004：1-4

　　[2]鐘善桐.鋼管混凝土結構[M].第三版.北京：清華大學出版社，2003

　　[3] 季 靜 吳愛明 王燕珺 韓小雷.新型穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節(jié)點試驗及分析.華南理工大學學報(自然科學版)，Vol.36 No.3，2008

　　[4] 王燕珺.帶環(huán)筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節(jié)點試驗研究及有限元分析. 廣州:華南理工大學碩士學位論文.2007

　　[5]中華人共和國國家標準.鋼結構設計規(guī)范(GB50017-2003) [S].北京:中國計劃出版社，2003

　　[6] 陳紹蕃 鋼結構[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994，39-84