方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点及其施工方法

1.一种方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点，包括上段方钢管（1）和下段方钢管（2），其特征在于：该节点还包括连接在上段方钢管（1）和下段方钢管（2）之间的灌芯内套筒（3）和对穿螺栓（8），所述灌芯内套筒（3）为矩形柱状，筒体（3.1）内部灌注有混凝土（3.2），灌芯内套筒（3）上半部贯穿有上下相互交错设置的纵向上段螺栓孔（4）和横向上段螺栓孔（6），灌芯内套筒（3）下半部贯穿有上下相互交错设置的纵向下段螺栓孔（5）和横向下段螺栓孔（7），对穿螺栓（8）的数量与灌芯内套筒（3）上螺栓孔的数量相同；
所述灌芯内套筒（3）上半部插入上段方钢管（1）内部，上段方钢管（1）侧壁在与灌芯内套筒（3）上半部的纵向上段螺栓孔（4）和横向上段螺栓孔（6）位置对应处开有螺栓孔，对穿螺栓（8）纵向穿过上段方钢管（1）侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒（3）上的纵向上段螺栓孔（4）将二者固定，对穿螺栓（8）横向穿过上段方钢管（1）侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒（3）上的横向上段螺栓孔（6）将二者固定；
所述灌芯内套筒（3）下半部插入下段方钢管（1）内部，下段方钢管（2）侧壁在与灌芯内套筒（3）下半部的纵向下段螺栓孔（5）和横向下段螺栓孔（7）位置对应处开有螺栓孔，对穿螺栓（8）纵向穿过下段方钢管（2）侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒（3）上的纵向下段螺栓孔（5）将二者固定，对穿螺栓（8）横向穿过下段方钢管（2）侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒（3）上的横向下段螺栓孔（7）将二者固定。
2.根据权利要求1所述的方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点，其特征在于：所述对穿螺栓（8）均采用高强螺栓。
3.根据权利要求1所述的方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点，其特征在于：所述纵向上段螺栓孔（4）、纵向下段螺栓孔（5）、横向上段螺栓孔（6）和横向下段螺栓孔（7）的直径比对穿螺栓（8）的螺杆直径大1～2mm。
4.根据权利要求1所述的方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点，其特征在于：所述纵向上段螺栓孔（4）、纵向下段螺栓孔（5）、横向上段螺栓孔（6）和横向下段螺栓孔（7）均有至少两排。
5.根据权利要求4所述的方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点，其特征在于：所述纵向上段螺栓孔（4）、纵向下段螺栓孔（5）、横向上段螺栓孔（6）和横向下段螺栓孔（7）每排设有至少两个。
6.一种如权利要求1～5任意一项所述的方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点的施工方法，其特征在于施工步骤如下：
步骤一，工厂预制上段方钢管（1）、下段方钢管（2）和灌芯内套筒（3），在上段方钢管（1）和下段方钢管（2）端部开设纵向和横向的螺栓孔，同时灌芯内套筒（3）在相应位置开设螺栓孔；
步骤二，现场安装下段方钢管（1）；
步骤三，灌芯内套筒（3）与下段方钢管（2）固定，将灌芯内套筒（3）的下半部插入下段方钢管（2）内部，将对穿螺栓（8）纵向穿过下段方钢管（2）侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒（3）的纵向下段螺栓孔（5）并拧紧，将对穿螺栓（8）横向穿过下段方钢管（2）侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒（3）的横向下段螺栓孔（7）并拧紧；
步骤四，灌芯内套筒（3）与上段方钢管（1）固定，将上段方钢管（1）吊装，并将灌芯内套筒（3）的上半部插入上段方钢管（1）内部，将对穿螺栓（8）纵向穿过上段方钢管（1）侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒（3）的纵向上段螺栓孔（4）并拧紧，对穿螺栓（8）横向穿过上段方钢管（1）侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒（3）的横向上段螺栓孔（6）并拧紧。
7.根据权利要求6所述的方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点的施工方法，其特征在于：所述灌芯内套筒（3）开设螺栓孔的方法为：在筒体内部灌注混凝土时，预先准备与需预留孔道数量及直径一致的钢棒或钢管，钢棒或钢管长度大于孔道；在筒体侧壁开洞之后，将钢棒或钢管插入孔洞，搁置在筒体侧壁上；之后灌注混凝土，待混凝土结硬之后，将钢棒或钢管敲出或留在构件内，即得到对穿螺栓贯通的孔道。

方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点及其施工方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及建筑钢结构施工技术领域，具体是一种方钢管的连接节点及其施工方法。\n背景技术\n[0002] 钢结构建筑具有强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好及工业化程度高等特点。钢结构构件通过连接节点组成结构体系，节点形式的选择对于结构整体性、可靠度、建设周期以及附属构件设计施工有着直接的影响。\n[0003] 钢结构节点主要实现梁、柱、支撑等构件的拼接及连接。已有的钢结构节点形式多样，根据节点传力特性可分为刚接节点、铰接节点和半刚性节点。连接方式有焊缝连接、螺栓连接、铆钉连接等，铆钉连接现在已很少使用。\n[0004] 现有钢结构节点存在一些缺点，例如：\n[0005] 1、焊缝连接施工工艺高、高空作业难度大以及产生电火花等问题不利于钢结构建筑的现场施工。\n[0006] 2、焊缝连接耗时多不利于实现钢结构建筑的快速安装。\n[0007] 3、一般的钢结构节点由于存在盖板、耳板、法兰板等构造，需凸出被连接构件，对相邻构件设计施工产生不利影响。如：为了实现上下两根等截面钢管柱的拼接，盖板、耳板、螺栓等凸出于柱的四周尺寸，墙体的布置会受到影响。\n发明内容\n[0008] 本发明提供一种方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点及其施工方法，要解决现有方钢管的节点连接方式现场施工操作不便、连接构件设计施工复杂、节点刚度不足，以及安装后需改变外缘尺寸的技术问题。\n[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：\n[0010] 这种方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点，包括上段方钢管和下段方钢管，该节点还包括连接在上段方钢管和下段方钢管之间的灌芯内套筒和对穿螺栓，所述灌芯内套筒为矩形柱状，筒体内部灌注有混凝土，灌芯内套筒上半部贯穿有上下相互交错设置的纵向上段螺栓孔和横向上段螺栓孔，灌芯内套筒下半部贯穿有上下相互交错设置的纵向下段螺栓孔和横向下段螺栓孔，对穿螺栓的数量与灌芯内套筒上螺栓孔的数量相同；\n[0011] 所述灌芯内套筒上半部插入上段方钢管内部，上段方钢管侧壁在与灌芯内套筒上半部的纵向上段螺栓孔和横向上段螺栓孔位置对应处开有螺栓孔，对穿螺栓纵向穿过上段方钢管侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒上的纵向上段螺栓孔将二者固定，对穿螺栓横向穿过上段方钢管侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒上的横向上段螺栓孔将二者固定；\n[0012] 所述灌芯内套筒下半部插入下段方钢管内部，下段方钢管侧壁在与灌芯内套筒下半部的纵向下段螺栓孔和横向下段螺栓孔位置对应处开有螺栓孔，对穿螺栓纵向穿过下段方钢管侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒上的纵向下段螺栓孔将二者固定，对穿螺栓横向穿过下段方钢管侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒上的横向下段螺栓孔将二者固定。\n[0013] 所述对穿螺栓均采用高强螺栓。\n[0014] 所述纵向上段螺栓孔、纵向下段螺栓孔、横向上段螺栓孔和横向下段螺栓孔的直径比对穿螺栓的螺杆直径大1～2mm。\n[0015] 所述纵向上段螺栓孔、纵向下段螺栓孔、横向上段螺栓孔和横向下段螺栓孔均有至少两排。\n[0016] 所述纵向上段螺栓孔、纵向下段螺栓孔、横向上段螺栓孔和横向下段螺栓孔每排设有至少两个。\n[0017] 这种方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点的施工方法，施工步骤如下：\n[0018] 步骤一，工厂预制上段方钢管、下段方钢管和灌芯内套筒，在上段方钢管和下段方钢管端部开设纵向和横向的螺栓孔，同时灌芯内套筒在相应位置开设螺栓孔；\n[0019] 步骤二，现场安装下段方钢管；\n[0020] 步骤三，灌芯内套筒与下段方钢管固定，将灌芯内套筒的下半部插入下段方钢管内部，将对穿螺栓纵向穿过下段方钢管侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒的纵向下段螺栓孔并拧紧，将对穿螺栓横向穿过下段方钢管侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒的横向下段螺栓孔并拧紧；\n[0021] 步骤四，灌芯内套筒与上段方钢管固定，将上段方钢管吊装，并将灌芯内套筒的上半部插入上段方钢管内部，将对穿螺栓纵向穿过上段方钢管侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒的纵向上段螺栓孔并拧紧，对穿螺栓横向穿过上段方钢管侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒的横向上段螺栓孔并拧紧。\n[0022] 所述灌芯内套筒开设螺栓孔的方法为：在筒体内部灌注混凝土时，预先准备与需预留孔道数量及直径一致的钢棒或钢管，钢棒或钢管长度大于孔道；在筒体侧壁开洞之后，将钢棒或钢管插入孔洞，搁置在筒体侧壁上；之后灌注混凝土，待混凝土结硬之后，将钢棒或钢管敲出或留在构件内，即得到对穿螺栓贯通的孔道。\n[0023] 本发明的特点如下：\n[0024] 本发明的节点由上、下两段被连接方钢管、灌芯内套筒和对穿螺栓几部分组成。上下两段方钢管和灌芯内套筒相应位置上开螺栓孔，开洞大小、位置按钢结构规范中有关螺栓布置构造要求相关规定确定。为了防止纵向和横向两螺栓对穿时冲突，对穿螺栓布置位置有一定距离的上下错置。由于对穿螺栓在拧紧时，螺杆上会产生巨大的预拉力，使螺帽螺母挤压与之接触的钢管壁，可能导致钢管壁变形。因此本发明设计在内套筒中灌入混凝土，由混凝土承受管壁传来的挤压力，从而减少管壁的变形。本发明的对穿螺栓与一般螺栓区别在于螺栓较长，纵横对穿方钢管整个截面。\n[0025] 本发明具有的优点如下：\n[0026] 1、本发明通过灌芯内套筒及纵向和横向的对穿螺栓实现钢管构件的拼接，节点刚度较大、操作简便、施工速度快。节点区无焊缝，可避免焊接施工耗时长、操作复杂、质量难保证、存在火灾安全隐患等缺点。\n[0027] 2、本发明采用对穿螺栓从构件一边穿入，另一边穿出，在管壁外部拧紧，因此施工完成之后仅有螺母、螺帽凸出被连接构件外周，与传统的耳板、法兰连接相比大大减少了凸出尺寸，方便相邻构件的设计安装。\n[0028] 3、本发明在内套筒中灌入混凝土，可承受钢管壁传来的巨大压力，防止内壁因螺帽螺母挤压变形。\n[0029] 本发明的节点形式操作简便、施工速度快、安装精度高、节省劳力，在建筑钢结构施工领域具有广阔的应用前景。\n附图说明\n[0030] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。\n[0031] 图1是本发明节点连接方式的轴测图。\n[0032] 图2是灌芯内套筒的结构示意图。\n[0033] 图3是对穿螺栓的布置图。\n[0034] 附图标记：1－上段方钢管、2－下段方钢管、3－灌芯内套筒、4－纵向上段螺栓孔、5－纵向下段螺栓孔、6－横向上段螺栓孔、7－横向下段螺栓孔、8－对穿螺栓。\n具体实施方式\n[0035] 实施例参见图1所示，这种方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点，包括上段方钢管1和下段方钢管2，该节点还包括连接在上段方钢管1和下段方钢管2之间的灌芯内套筒\n3和对穿螺栓8。\n[0036] 参见图2所示，所述灌芯内套筒3为矩形柱状，筒体内部灌注有混凝土，灌芯内套筒3上半部贯穿有上下相互交错设置的纵向上段螺栓孔4和横向上段螺栓孔6，灌芯内套筒\n3下半部贯穿有上下相互交错设置的纵向下段螺栓孔5和横向下段螺栓孔7，所述纵向上段螺栓孔4、纵向下段螺栓孔5、横向上段螺栓孔6和横向下段螺栓孔7均有两排，每排设有两个。\n[0037] 参见图3所示，对穿螺栓8的数量与灌芯内套筒3上螺栓孔的数量相同，在上段方钢管和下段方钢管均横向设置有两排，纵向设置有两排，横向和纵向上下相互交错设置，每排数量有两个。对穿螺栓8均采用高强螺栓。\n[0038] 参见图1～3所示，所述灌芯内套筒3上半部插入上段方钢管1内部，上段方钢管\n1侧壁在与灌芯内套筒3上半部的纵向上段螺栓孔4和横向上段螺栓孔6位置对应处开有螺栓孔，对穿螺栓8纵向穿过上段方钢管1侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒3上的纵向上段螺栓孔4将二者固定，对穿螺栓8横向穿过上段方钢管1侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒3上的横向上段螺栓孔6将二者固定；\n[0039] 参见图1～3所示，所述灌芯内套筒3下半部插入下段方钢管1内部，下段方钢管\n2侧壁在与灌芯内套筒3下半部的纵向下段螺栓孔5和横向下段螺栓孔7位置对应处开有螺栓孔，对穿螺栓8纵向穿过下段方钢管2侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒3上的纵向下段螺栓孔5将二者固定，对穿螺栓8横向穿过下段方钢管2侧壁上的螺栓孔及灌芯内套筒3上的横向下段螺栓孔7将二者固定。\n[0040] 这种方钢管灌芯内套筒对穿螺栓拼接节点的施工方法，施工步骤如下：\n[0041] 步骤一，工厂预制上段方钢管1、下段方钢管2和灌芯内套筒3，在上段方钢管1和下段方钢管2端部开设纵向和横向的螺栓孔，同时灌芯内套筒3在相应位置开设螺栓孔。设计时需要确定灌芯内套筒尺寸和厚度、方钢管与灌芯内套筒开洞位置和尺寸、对穿螺栓尺寸和数量，设计方法与一般钢结构节点设计方法一致。\n[0042] 灌芯内套筒3开设螺栓孔的方法为：在筒体内部灌注混凝土时，预先准备与需预留孔道数量及直径一致的钢棒或钢管，钢棒或钢管长度大于孔道；在筒体侧壁开洞之后，将钢棒或钢管插入孔洞，搁置在筒体侧壁上；之后灌注混凝土，待混凝土结硬之后，将钢棒或钢管敲出，即可得到对穿螺栓贯通的孔道。钢管也可留在构件内，但内套筒上螺栓孔直径应相应放大。\n[0043] 步骤二，现场安装下段方钢管1。\n[0044] 步骤三，灌芯内套筒3与下段方钢管2固定，将灌芯内套筒3的下半部插入下段方钢管2内部，将对穿螺栓8纵向穿过下段方钢管2侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒3的纵向下段螺栓孔5并拧紧，将对穿螺栓8横向穿过下段方钢管2侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒\n3的横向下段螺栓孔7并拧紧。\n[0045] 步骤四，灌芯内套筒3与上段方钢管1固定，将上段方钢管1吊装，并将灌芯内套筒3的上半部插入上段方钢管1内部，将对穿螺栓8纵向穿过上段方钢管1侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒3的纵向上段螺栓孔4并拧紧，对穿螺栓8横向穿过上段方钢管1侧壁上的螺栓孔和灌芯内套筒3的横向上段螺栓孔6并拧紧。