鋼管混凝土柱肩梁節點改進

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鋼管混凝土柱的肩梁是H型鋼上柱和鋼管混凝土下柱的一個轉換節點，通常也是吊車梁的作用點，是柱子中最重要的一個節點，該節點破壞后柱子也就破壞了。

圖三

肩梁在施工的過程中經常出現的問題：(1)肩梁處鋼管在灌注混凝土時容易開裂(如圖一、二)。導致肩梁節點的破壞，很難修復，修復后也不能達到設計要求。(2)肩梁處混凝土很難灌注到與上翼緣緊密接觸，不能有效傳力，降低了鋼管與混凝土的共同作用，與設計模型不符，存在安全隱患。本文通過ANSYS有限元模擬結構受力，根據分析結果對肩梁的節點提出了改進措施。

一、肩梁節點

圖三為肩梁節點的常用單腹板形式。肩梁節點的組成：(1)下翼緣為一塊整板。(2)腹板為一塊多邊形整板，腹板本身的完整保證了與上下柱傳力連續。(3)上翼緣為若干塊板拼成。(4)上柱翼緣連續，開槽口插入肩梁腹板，保證上下柱的傳力連續。

二、肩梁結構受力分析

(一)肩梁節點ANSYS建模分析：根據某鋼廠肩梁節點對肩梁本體、肩梁上部部分H型鋼柱、下部部分鋼管混凝土柱、混凝土柱中的混凝土按實際圖紙進行建模。用了單一荷載來模擬柱實際所受的荷載。肩梁腹板開始屈曲時柱子、肩梁及混凝土的應力云圖如圖四～六所示。

圖四

圖五

圖六

圖七“A”

根據應力云圖可知：

1.混凝土的應力較大，可見混凝土承受的荷載比較大，其作用不能忽略。

2.肩梁范圍內的鋼管，除了與腹板及加勁焊縫連接的局部位置應力較大，其他位置應力都較小。肩梁范圍內的鋼管應力明顯比與肩梁范圍外的鋼管要小很多。因此上柱的力主要通過腹板及垂直于腹板的加勁傳力，肩梁范圍內的鋼管受力相對較小。

(二)鋼管在澆灌混凝土時受力分析

鋼管在澆灌混凝土時，如圖八，為了保證鋼管內混凝土的密實，采用的是泵送頂升灌注混凝土，在澆灌混凝土時壓力很大。這個壓力由鋼管承受，對管壁表現的是拉力。鋼管柱一般采用的是螺旋卷焊管如圖九，肩梁以下的鋼管是沒有垂直焊縫的，這個拉力是鋼板承受。肩梁范圍內的鋼管有垂直焊縫的，在焊縫處由焊縫承受這個拉力。

圖八

圖九

(三)現有肩梁的缺陷

1.肩梁范圍內的鋼管經常爆管。(1)肩梁范圍內鋼管承受壓力的焊縫，如圖七A詳圖為角焊縫，焊縫承載力不夠。(2)施工中的超載。如圖二中所示鋼管外接一根小鋼管，當小鋼管中噴出混凝土時表示混凝土灌滿了。如果小鋼管堵住就會導致內部壓力異常增大，壓力會成倍增大。

2.混凝土澆灌不密實，混凝土與肩梁上翼緣往往有縫隙。如圖二，用來觀察混凝土是否灌滿的鋼管設置位置過低，低于肩梁上翼緣。肩梁上部設置的氣孔，往往設在吊車梁支座處，氣孔往往被吊車梁堵住了。各種原因導致混凝土無法與肩梁上翼緣貼合緊密。

三、改進措施

1.將肩梁范圍內鋼管與腹板和加勁的焊縫加強，把角焊縫改為熔透含，焊縫等級為二級。保證焊縫處的承載力，避免從焊縫處破壞。

2.根據上面受力分析，上部結構的力主要是通過腹板及加勁傳到肩梁上下翼緣，肩梁范圍內的鋼管受力較小。將排氣孔上移到上翼緣，兼做混凝土觀察孔，如圖十所示。

3.增加水平超灌筒，如圖十所示從排氣孔焊接一段鋼管，用作超管孔，既混凝土灌密實后，多余的部分從超管筒溢出。以此也可以判斷停泵的時間。這樣可以保證混凝土與上翼緣下表面緊密結合，保證了力的傳遞。

圖十

四、結論

本文通過對鋼管混凝土柱肩梁的受力分析，找出了現有肩梁的缺點：鋼管裂開，混凝土與上翼緣結合部不密實。對將來節點設計提出了以下幾個建議：

1.鋼管與相應的腹板及加勁肋應采用剖口熔透焊，焊縫等級要求為二級。增強鋼管柱本身的抵抗力。

2.按圖十增加混凝土水平超灌管，兼作排氣孔和觀察孔。