薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点及其施工方法 【技术领域】
本发明涉及混凝土废弃物再生利用技术领域，具体涉及一种包括废弃混凝土块的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点及其施工方法。
背景技术
目前，我国旧有建筑拆除所产生的混凝土固体废弃物绝大部分都是直接运往郊外堆放，而新建建筑需要的混凝土又完全采用新水泥、石子、河砂等材料配制而成。由此不仅耗费了大量的资源，同时造成了严重的环境危害。为此，如何科学利用旧有建筑拆除产生的混凝土固体废弃物，以尽量减少新建建筑对新水泥、石子、河砂等材料的消耗，已成为整个建筑行业践行“环保、节能、减排”国家战略所亟待解决的问题。
再生骨料混凝土作为混凝土废弃物的一种再利用途径在国内外均已得到一定程度的研究，所谓再生骨料混凝土，就是将旧有建筑拆除所得的混凝土废弃物，经过破碎、筛分、净化等过程，获取大量骨料尺度的颗粒，然后利用其配制而得的新混凝土。但是上述处理不仅过程繁琐，而且消耗大量能源，加之在再生骨料混凝土的配制过程中仍然需要耗费大量水、水泥、砂石和能源，因此有必要寻求一种更为合理的混凝土废弃物回收利用策略。
钢管混凝土自问世以来以其优越的力学性能愈来愈广泛地应用在工程建设中，如高层及超高层建筑、重型工业厂房、大跨度桥梁等等。在钢管中填筑废弃混凝土及新混凝土，使废弃混凝土与新混凝土受到外围钢管的保护和约束，从而形成了钢管再生混合结构。钢管再生混合结构在获得与钢管混凝土结构相似的良好力学性能的同时，又达到了实现废弃混凝土的可再生利用的目的。
钢管混凝土结构中的梁柱节点的设计对于结构的刚度、受力性能、建筑的安全性及施工的便利性有着至关重要的作用，因此研制传力合理、经济可靠、构造简单、施工方便的钢管混凝土梁柱节点十分必要。常用的钢管混凝土梁柱节点形式包括：加强环式节点、承重销式节点、锚定式节点、钢筋混凝土环梁节点、钢筋穿心式节点等等，这些节点要么采用穿心式部件，要么采用占用较大空间的环式加强部件，对于钢管再生混合柱来说，采用穿心式部件将不利于废弃混凝土的浇筑，采用环式加强部件又影响了建筑功能和装饰要求。因此迫切需要既能方便废弃混凝土的浇筑，又能满足建筑使用功能和装修要求，同时具有良好的受力性能的适用于钢管再生混合柱的梁柱节点。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点及其施工方法，所述节点具有传力合理、经济可靠、构造简单、施工方便等特点，并且在外形上与普通钢筋混凝土结构的梁柱节点相似，能很好地满足建筑使用功能及装潢的外观设计要求，同时可利用废弃混凝土达到“环保、节能、减排”的目的。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点，包括节点域、钢牛腿和加强环筋，薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的交汇处形成所述节点域，节点域的钢管与薄壁钢管再生混合柱的钢管相连通，在钢筋混凝土梁与节点域相接处埋设有钢牛腿，钢牛腿焊接在节点域的钢管上，加强环筋紧贴钢牛腿的上翼缘和下翼缘并环绕紧箍住节点域，加强环筋分别与钢牛腿的上翼缘、下翼缘以及节点域的钢管相焊接，钢筋混凝土梁的纵筋采用双面角焊缝焊接在钢牛腿的上翼缘和下翼缘上。
上述的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点中，所述薄壁钢管再生混合柱由钢管、废弃混凝土块和新混凝土构成，废弃混凝土块位于薄壁钢管再生混合柱的钢管内部，废弃混凝土块与钢管之间以及不同废弃混凝土块之间的空隙填满新混凝土，废弃混凝土块与新混凝土的质量比为1∶4～1∶1。
上述的薄壁钢管再生混合柱内的废弃混凝土块，为旧有建筑物、构筑物、道路、桥梁或堤坝拆除所得的去除全部或部分钢筋之后的废弃混凝土块体。
上述的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点中，所述节点域地钢管和薄壁钢管再生混合柱的钢管均为抗拉强度标准值超过200N/mm2的无缝钢管或焊接钢管，钢管截面为圆形或多边形。
上述的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点中，所述薄壁钢管再生混合柱的钢管由厚壁钢管和薄壁钢管构成，厚壁钢管从节点域的上边缘和下边缘起分别向上、向下延伸一定长度L，再与薄壁钢管通过对接焊缝焊接，长度L不小于0.5D，D为薄壁钢管再生混合柱的直径。
上述的薄壁钢管再生混合柱的厚壁钢管和薄壁钢管，所述厚壁钢管的厚度比所述薄壁钢管的厚度大2mm以上。
上述的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点中，所述钢牛腿的长度S为0.5H以上，H为钢筋混凝土梁的梁高。
上述的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点中，所述加强环筋由钢筋、圆钢或带钢弯制而成，加强环筋数目为2～4根。
上述的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点施工方法包括如下步骤：
第一步，定位加强环筋，使其环绕并紧箍住节点域，并将其点焊在节点域的钢管上；
第二步，定位钢牛腿，并分别完成钢牛腿与节点域的钢管的焊接、加强环筋与节点域的钢管的焊接以及加强环筋与钢牛腿的上翼缘和下翼缘的焊接；
第三步，将薄壁钢管再生混合柱的厚壁钢管和薄壁钢管对接焊接；
第四步，将钢筋混凝土梁的纵筋焊接在钢牛腿的上翼缘和下翼缘上；
第五步，绑扎钢筋并安装钢筋混凝土梁的模板；
第六步，浇筑薄壁钢管再生混合柱、节点域和钢筋混凝土梁。
采用上述技术方案，可以使本发明相对于现有技术具有如下优点：
(1)薄壁钢管再生混合柱内以及节点域内无穿心部件，方便于浇筑废弃混凝土块。
(2)经济可靠、制作简单、施工方便。加强环筋、钢牛腿、节点域的钢管之间的焊接工作均可在工厂完成，施工现场只需要完成钢筋混凝土梁的纵筋与钢牛腿翼缘的焊接，以及厚壁钢管和薄壁钢管的对接焊接工作。避免了传统钢管混凝土结构的梁柱节点带来的困难，如制作工艺复杂、用钢量大等等。
(3)在外形上与普通钢筋混凝土结构的梁柱节点相似，能很好地满足建筑使用功能及装潢的外观设计要求，便于推广。
(4)在薄壁钢管再生混合柱的钢管内填充废弃混凝土，达到了“节能、环保、减排”的目的。
(5)薄壁钢管再生混合柱的钢管大部分均采用薄壁钢管，而仅在节点域附近采用厚壁钢管(厚壁钢管的厚度可比薄壁钢管的厚度大2mm以上)，由此大大节约了钢材用量。
【附图说明】
图1是薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点的竖向剖视图；
图2是图1所示节点的俯视图；
图3是薄壁钢管再生混合柱的厚壁钢管与薄壁钢管的对接焊接大样图；
图4是钢牛腿、节点域的钢管、加强环筋之间的焊接大样图；
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施作进一步的描述，但本发明的实施方式不限如此。
如图1、2所示，薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点主要由节点域3、钢牛腿9、加强环筋10构成。节点的构成方式如下：薄壁钢管再生混合柱1与钢筋混凝土梁2的交汇处形成所述节点域3，节点域3的钢管4与薄壁钢管再生混合柱的厚壁钢管7相连通，在钢筋混凝土梁2与节点域3相接处埋设有钢牛腿9，钢牛腿9焊接在节点域3的钢管4上。加强环筋10紧贴钢牛腿9的上翼缘和下翼缘并环绕紧箍住节点域3，加强环筋10分别与钢牛腿9的上翼缘和下翼缘以及节点域3的钢管4焊接，钢筋混凝土梁2的纵筋11采用双面角焊缝焊接在钢牛腿的上翼缘和下翼缘上。
本实施例中，薄壁钢管再生混合柱1的钢管由厚壁钢管7和薄壁钢管8构成。厚壁钢管7外径为500mm，壁厚为8mm；薄壁钢管8外径为500mm，壁厚为4mm。厚壁钢管7从节点域3的上边缘5和下边缘6起分别向上、向下延伸250mm，再与薄壁钢管8通过对接焊缝焊接。
本实施例中，钢牛腿9为焊接工字钢，钢牛腿9的高度可根据钢筋混凝土梁2的高度减去梁保护层厚度以及梁纵筋直径来确定，钢牛腿9的宽度可根据钢筋混凝土梁2的宽度减去梁保护层厚度来确定，钢牛腿9的长度可取为0.5H，H为钢筋混凝土梁2的高度。
如图3所示，薄壁钢管再生混合柱1的厚壁钢管7与薄壁钢管8通过对接焊缝焊接。焊接前，首先将环形衬管12与薄壁钢管8通过角焊缝13焊接，并出头3～4mm，然后再对接厚壁钢管7与薄壁钢管8，最后在厚壁钢管7与薄壁钢管8的对接处采用焊缝14进行满焊焊接。
如图4所示，本实施例中，加强环筋10由热轧钢筋HRB335弯制而成，总共4根，从上至下依次记为第i根、第ii根、第iii根和第iv根加强环筋。
如图4所示，钢牛腿9的腹板通过角焊缝16与节点域3的钢管4焊接，钢牛腿9的上翼缘和下翼缘通过坡口对接焊缝17与节点域3的钢管4焊接。加强环筋10通过角焊缝18分别与节点域3的钢管4、钢牛腿9的上翼缘和下翼缘焊接。
上述的薄壁钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的节点施工方法包括如下步骤：
第一步，将加强环筋10的第ii根和第iii根定位在节点域3的钢管4表面，使其环绕并紧箍住节点域3，并将其点焊在节点域3的钢管4上；
第二步，将钢牛腿9的腹板上开好工艺孔15，再将钢牛腿9的腹板通过角焊缝16与节点域3的钢管4焊接，钢牛腿9的上翼缘和下翼缘通过坡口对接焊缝17与节点域3的钢管4焊接。将加强环筋10的第i根和第iv根分别紧贴钢牛腿的上翼缘和下翼缘并环绕紧箍住节点域3，完成加强环筋10与节点域3的钢管4、加强环筋10与钢牛腿9的上翼缘和下翼缘之间的焊接工作；
第三步，将薄壁钢管再生混合柱1的厚壁钢管7和薄壁钢管8对接焊接。焊接前，首先将环形衬管12与薄壁钢管8通过角焊缝13焊接，并出头3～4mm，然后再对接厚壁钢管7与薄壁钢管8，最后在厚壁钢管7与薄壁钢管8的对接处采用焊缝14进行满焊焊接；
第四步，将钢筋混凝土梁2的纵筋11焊接在钢牛腿9的上翼缘和下翼缘上；
第五步，绑扎钢筋并安装钢筋混凝土梁的模板；
第六步，浇筑薄壁钢管再生混合柱、节点域和钢筋混凝土梁。
本实施例中，钢管、钢牛腿均采用Q235B钢材，焊条采用E43型，焊剂F4A0，焊缝质量等级为二级。钢筋混凝土梁的纵筋采用HRB335热轧钢筋，钢筋混凝土梁的混凝土强度等级为C30，薄壁钢管再生混合柱内的废弃混凝土块的强度等级为C25，新混凝土强度等级为C35，废弃混凝土块与新混凝土的质量比为1∶2，节点域内的新混凝土强度等级为C35。如上所述，即可较好的实现本发明。
根据本发明的方法，还可以开发一系列的实施例，如将所有钢管均设计成方形或矩形，或将钢牛腿设计成箱形截面等等。本发明的保护范围并不局限于上述实施例表述的范围内。