一種剪力墻墻腳可更換消能部件及消能結構的制作方法
【專利摘要】一種剪力墻墻腳可更換消能部件，包括上下端的連接段及中間的主體段，連接段用于連接剪力墻，主體段包括鋼管混凝土段及預緊自填充段，其中鋼管混凝土段包括位于上部的抗壓鋼板、位于四周作為外壁的鋼管、位于內部的混凝土以及防屈曲內芯，預緊自填充段包括斜鋼托、多個抗壓鋼墊片以及預緊線圈，受拉時，防屈曲內芯與鋼管混凝土脫開，不會引起鋼管混凝土拉壞，預緊自填充段能夠自動填充受拉引起的縫隙，從而反向受壓時，鋼管混凝土可以立即受力，由防屈曲內芯與鋼管混凝土共同承受壓力，通過設計可將剪力墻的破壞集中在可更換部件，且由于剪力墻墻腳消能部件與剪力墻采用可拆卸連接，震后對可更換部件進行更換可快速恢復剪力墻的抗震功能。
【專利說明】一種剪力墻墻腳可更換消能部件及消能結構

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑【技術領域】，涉及抗震減震技術，尤其是高層建筑結構鋼筋混凝土剪力墻的抗震減震技術。

【背景技術】
[0002]地震不但會造成直接經濟損失，其還會引起生產暫時停止或減少、原有的平衡經濟系統出現擾動或者外部投資的減少等間接經濟損失，以往的震害經驗表明，全世界地震災害的間接經濟損失往往超越了直接經濟損失。
[0003]鋼筋混凝土剪力墻作為高層結構中應用最為廣泛的抗側力結構之一，在抗震設防中具有重要作用，在高層結構中，鋼筋混凝土剪力墻的主要作用是提供較大的剛度及承載力，強震下，彎曲型破壞模式設計的剪力墻腳部混凝土往往嚴重壓潰，受壓鋼筋嚴重屈服，給震后修復帶來困難，故在剪力墻墻腳等易破壞的區(qū)域設置易拆卸可更換消能部件，通過引導將地震能量集中于可更換消能部件，可以有效保護主體結構免遭破壞，且震后對可更換消能部件進行更換可快速恢復剪力墻的抗震功能，從而有效減小間接經濟損失。
[0004]一般的混凝土墻片抗壓承載力約為抗拉承載力的3-5倍，現有的消能器或拉壓支座均存在剛度或承載力與剪力墻不匹配的現象，例如:粘滯阻尼器或摩擦消能器剛度過??；金屬型消能器或防屈曲支撐拉壓承載力基本相等，與混凝土剪力墻抗壓遠大于抗拉承載力這一特點不匹配；軟鋼橡膠支座，采用橡膠為材料，會造成剪力墻剛度明顯下降。因此，需要進一步的研究以開發(fā)適用于鋼筋混凝土剪力墻的可更換墻腳消能部件。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種剪力墻墻腳可更換消能部件，該消能部件具備較大的抗拉壓剛度，良好的延性和耗能能力，可將地震能量引導集中于可更換消能部件，以有效保護主體結構免遭破壞。同時，震后通過替換可更換消能部件，能夠快速恢復剪力墻的抗震功能，從而有效減小地震造成的間接經濟損失。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0007]—種剪力墻墻腳可更換消能部件，包括上下兩端的連接段及中間的主體段；
[0008]所述連接段與連接剪力墻可拆卸連接，包括連接端板以及消能連接件；
[0009]所述主體段包括鋼管混凝土段及預緊自填充段:
[0010]所述鋼管混凝土段包括位于上部的抗壓鋼板、位于四周作為外壁的鋼管、混凝土以及防屈曲內芯，所述防屈曲內芯位于所述抗壓鋼板、鋼管以及下端連接端板圍成的密閉空間的中心位置處，且所述防屈曲內芯底部與所述下端連接端板固定連接，頂部穿出所述抗壓鋼板設置，所述混凝土填充所述密閉空間的空白區(qū)域；
[0011]所述預緊自填充段位于所述上端連接端板與上端抗壓鋼板之間，包括斜鋼托、多個抗壓鋼墊片以及預緊線圈，所述斜鋼托上下兩端分別與上端連接端板、防屈曲內芯頂部固定連接，所述多個抗壓鋼墊片設于所述斜鋼托與抗壓鋼板12之間縫隙中，所述預緊線圈箍設于所述多個抗壓鋼墊片外圍以提供預緊力。
[0012]優(yōu)選的，所述消能連接件包括連接導軌以及連接導軌螺栓孔，所述連接導軌螺栓孔穿過所述連接導軌設置，所述連接導軌固定設置于所述連接端板的一端面上。
[0013]所述防屈曲內芯頂部設有加強件以防止防屈曲內芯端部破壞，所述加強件穿過所述抗壓鋼板后與所述斜鋼托底部固定連接。
[0014]所述加強件由防屈曲內芯截面放大制作而成或為附加的加勁肋；
[0015]防屈曲內芯及加強件表面涂機油或上膜以防止與所述混凝土粘結。
[0016]依據tanga < μ確定所述抗壓鋼墊片的傾斜角a大小,其中，μ為所述設抗壓鋼板與抗壓鋼墊片之間的摩擦系數。
[0017]所述抗壓鋼墊片與抗壓鋼板接觸面的摩擦系數μ大于0.45。
[0018]所述抗壓鋼板與鋼管焊接，防屈曲內芯與下部連接端板焊接，加強件與斜鋼托焊接，斜鋼托與上端連接端板焊接。
[0019]所述多個抗壓鋼墊片的外圍對應所述預緊線圈開設凹槽以固定所述預緊線圈；
[0020]優(yōu)選的，所述預緊線圈為預應力鋼絞線。
[0021]本發(fā)明還提供了一種可更換消能結構，包括前述的可更換消能部件以及位于可更換消能部件上下兩端并與其相連的預埋連接段，所述預埋連接段包括預埋板件以及預埋連接件，所述預埋連接件固定在所述預埋板件上，預埋連接件對應所述消能連接件結構設置以實現所述預埋連接段與所述可更換消能部件的固定連接，所述預埋板件預先埋設在剪力墻中以實現所述可更換消能結構與剪力墻結構的固定連接。
[0022]優(yōu)選的，所述預埋連接件包括固定連接的預埋端板以及預埋導軌，所述預埋導軌對上應所述連接導軌螺栓孔設置預埋導軌螺栓孔以卡接并經由螺栓固定所述連接導軌，所述預埋端板用于固定連接所述預埋導軌以及所述預埋板件。
[0023]優(yōu)選的，剪力墻或基礎的縱向鋼筋末端與所述預埋端板焊接連接以提高預埋連接段的抗拉拔能力。
[0024]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0025]本發(fā)明所示的可更換消能部件能夠滿足剪力墻結構的剛度及承載力要求，延性良好，耗能穩(wěn)定，通過引導將地震能量集中于可更換消能部件，可以有效保護主體結構免遭破壞。同時，可更換消能部件與剪力墻之間采用可螺栓連接等可拆卸連接方式，震后替換可更換消能部件，從而能夠快速恢復剪力墻的抗震功能，此外其采用普通建筑材料制作，便于推廣應用。
[0026]具體而言，可更換消能部件采用三段式結構，其中，上下端為連接段用于與剪力墻可拆卸連接，當可更換消能部件在地震中發(fā)生損壞時，可通過連接段方便快捷的進行拆卸與更換。
[0027]中間段為主體段用于消能減振，主體段包括了鋼管混凝土段及預緊自填充段，鋼管混凝土段包括防屈曲內芯、混凝土、鋼管及抗壓鋼板，混凝土填入鋼管中，所述鋼管上端與抗壓鋼板固定連接，下端與下部連接段的連接端板焊接。預緊自填充段主體結構由抗壓鋼墊片塞入斜鋼托構成，抗壓鋼墊片外圍還由預緊線圈提供指向圓心的緊箍力。防屈曲內芯表面涂油，與鋼管混凝土無連接，與上部斜鋼托及下部連接端板焊接，端部局部加強防止端部破壞。受拉時，防屈曲內芯承受拉力而伸長，與混凝土脫開，不會引起混凝土拉壞，同時，由于內芯伸長，斜鋼托與鋼管混凝土上部的承壓鋼板間縫隙增大，抗壓鋼墊片在預緊力作用下內收，將空隙自動填充。反向受壓時，由于縫隙已經自動填滿，鋼管混凝土可以立即受壓，由防屈曲內芯與鋼管混凝土共同承受壓力，鋼管混凝土可以防止防屈曲內芯受壓屈曲，從而可有效的實現抗震消能作用。
[0028]同時，本發(fā)明還提供了一種可更換消能結構，其包括可更換消能部件以及位于可更換消能部件上下兩端并與其相連的預埋連接段，通過預埋連接段，能夠方便快捷的實現可更換消能部件的安裝與更換。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為可更換消能部件一實施例的可更換墻腳部件鋼筋混凝土剪力墻結構示意圖；
[0030]圖2為圖1所示實施例的主視示意圖；
[0031]圖3為圖1所示實施例的左視示意圖；
[0032]圖4為圖1所示實施例的明俯視示意圖；
[0033]圖5為圖1所示實施例中主體段主視剖面示意圖(包括連接段的連接端板)；
[0034]圖6為圖5所示實施例中主體段A-A向示意圖；
[0035]圖7為圖5所示實施例中抗壓墊片的分布示意圖；
[0036]圖8為圖7所示實施例中抗壓墊片的結構示意圖
[0037]圖9為圖5所示實施例中預緊自填充段與鋼管混凝土段的安裝示意圖
[0038]圖10為可更換消能結構一實施例中的安裝示意圖；
[0039]圖11為圖10所示實施例中的連接局部放大示意圖；
[0040]其中，剪力墻1、基礎2、連接段3、主體段4、連接導軌5、連接端板6、連接導軌螺栓孔7、斜鋼托8、抗壓墊片9、預緊線圈10、鋼管混凝土段11、抗壓鋼板12、鋼管13、混凝土
14、防屈曲內芯15、端部加強件16、高強螺栓17、預埋導軌18、預埋導軌螺栓孔19、預埋端板20、預埋板件21、預埋連接段22。

【具體實施方式】
[0041]以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0042]如圖1至圖3所示，本發(fā)明公開了一種剪力墻墻腳可更換消能部件，其包括上下兩端的連接段3及中間的主體段4。
[0043]其中，如圖2至圖4所示，連接段分別包括連接端板6以及用于與剪力墻相連的消能連接件，消能連接件的具體結構可根據具體的情況進行設置，本實施例中，消能連接件包括連接導軌5、以及連接導軌螺栓孔7，連接導軌5固定設置于連接端板6的一端面上，連接導軌螺栓孔7穿過連接導軌5設置。
[0044]如圖5至圖8所示，主體段4包括位于底部的鋼管混凝土段及設置在鋼管混凝土段上方的預緊自填充段，鋼管混凝土段為圓柱體結構，包括位于上部的抗壓鋼板12、位于四周作為外壁的鋼管13、混凝土 14以及防屈曲內芯15，如圖5所示，抗壓鋼板12與鋼管13焊接固定連接，防屈曲內芯15位于抗壓鋼板12、鋼管13以及下端連接端板6圍成的密閉空間的中心位置處，防屈曲內芯15與下部連接端板6焊接。本實施例中，為了防止防屈曲內芯15端部破壞，特在防屈曲內芯15的端部另行設置了加強件16，加強件16可以由防屈曲內芯15截面放大制成即加強件16的截面大于防屈曲內芯15的截面設置，也可以為防屈曲內芯附加加勁肋，加強件16穿過抗壓鋼板12并與其抗壓鋼板12的上表面平齊設置，混凝土 14填充上述密閉空間的空白區(qū)域，同時防屈曲內芯15及加強件16表面涂機油或上膜形成機油層或者膜層，以防止與混凝土 14發(fā)生粘結。
[0045]鋼管混凝土段上方固定連接預緊自填充段，如圖5和圖8所示，預緊自填充段位于上端連接端板6與上端抗壓鋼板12之間，其包括斜鋼托8、多個抗壓鋼墊片9以及預緊線圈10，斜鋼托9的上下兩端分別與上端連接端板6、防屈曲內芯頂部的加強16焊接固定連接，如圖7所示，多個抗壓鋼墊片呈環(huán)狀均勻設于斜鋼托9與抗壓鋼板12之間的空隙中，抗壓鋼墊片9塞入斜鋼托8與抗壓鋼板12之間的空隙后，其外圍箍設預緊線圈10以提供預緊力，如圖7所示，預緊線圈是套在抗壓鋼墊片外圍的，為防止預緊線圈的脫落，可以在抗壓鋼墊片外圈設計一個凹槽以固定預緊線圈。由于被預緊線圈箍住，就會使抗壓鋼墊片9有向內收的趨勢。預緊線圈可以為環(huán)形的預應力鋼絞線的形式，纏繞在環(huán)形分布的抗壓鋼墊片外圍，只要將鋼絞線預張拉就會提供一個緊箍力。
[0046]抗壓鋼墊片9與抗壓鋼板12之間通過處理增加接觸面之間的摩擦系數μ，使得摩擦系數μ盡量大于0.45?，F行《鋼結構規(guī)范設計規(guī)范》7.2.2條提供了很多接觸面的處理方法,例如構件鋼號為Q345時噴砂(丸)處理摩擦系數為0.5，這里摩擦系數越大越好，盡量大于0.45,規(guī)范一般最大取0.5,規(guī)范的處理方法或其他合理處理方法只要滿足施工方便，摩擦系數較大，耐久度較高的要求都是可以采用的。
[0047]如圖8所示，設抗壓鋼墊片9傾斜角為α，通過設計，可以滿足:tang
[0048]tang α < μ(I)
[0049]μ為抗壓鋼板12與抗壓鋼墊片9之間的摩擦系數，公式(I)說明抗壓鋼墊片9出現自鎖現象，無論抗壓鋼墊片9的主動力的合力N多大，總有一個反力F = μ Ny與Nx平衡，即受拉時承壓鋼墊片9會向內收緊填充剪力墻抬升時的空隙，受壓時承壓鋼墊片9不會被壓力彈出。
[0050]受拉時，如圖5及圖9所示，防屈曲內芯15承受拉力而伸長，與鋼管混凝土 14脫開，不會引起鋼管混凝土拉壞，同時，由于防屈曲內芯15伸長，斜鋼托8與抗壓鋼板12間縫隙增大，抗壓鋼墊片9在預緊線圈10提供的預緊力作用下內收，將空隙自動填充。反向受壓時，由于縫隙已經自動填滿，鋼管13和混凝土 14可以立即受壓，由防屈曲內芯15與鋼管13及混凝土 14共同承受壓力，鋼管13可以保證混凝土 14使混凝土處于三向受壓狀態(tài)；混凝土 14又可以有效地防止鋼管13發(fā)生局部屈曲。鋼管13和混凝土 14之間的相互作用使混凝土 14的破壞由脆性破壞轉變?yōu)樗苄云茐摹ｄ摴?3和混凝土 14的約束作用可以保證防屈曲內芯15能充分屈服而不會發(fā)生支撐構件的屈曲破壞。
[0051]如圖10和圖11所示，本發(fā)明還提供了一可更換消能結構，其包括上述可更換消能部件以及位于消能部件上下兩端的預埋連接段22，上下連接段3分別與上下預埋連接段22連接，如圖8所示，上、下預埋連接段22分別包括預埋板件21，本實施例中其為鋼板，與預埋板件21固定連接的預埋連接件，預埋連接件對應消能連接件的具體結構設置以實現預埋連接段與所述可更換消能部件的固定連接，預埋板件21預先埋設在剪力墻中以實現可更換消能結構整體與剪力墻結構的固定連接。
[0052]本實施例中，預埋連接件包括預埋導軌18、預埋導軌螺栓孔19、預埋端板20，預埋板件21、預埋端板20以及預埋導軌18三者依次焊接固定連接，預埋導軌18對應消能連接件的連接導軌5設置，預埋導軌18上也開有預埋導軌螺栓孔19，如圖10所示，連接導軌5卡入預埋導軌9中，高強螺栓17穿過連接導軌螺栓孔7及預埋導軌螺栓孔19，通過擰緊高強螺栓17提供連接導軌5及預埋導軌9接觸面之間的摩擦力實現連接段3與預埋連接段22之間的連接。
[0053]此外，剪力墻或基礎的縱向鋼筋末端焊接在預埋端板20上提高預埋連接段的抗拉拔能力。
[0054]剪力墻腳可更換消能部件及預埋連接段首先在工廠預制好，施工時，將預埋連接段22放入剪力墻及基礎的鋼筋籠，將剪力墻及基礎縱向鋼筋末端分別焊接在上下預埋端板20上，最后支模板澆筑混凝土，澆筑完成后的剪力墻如圖8所示。待混凝土達到一定強度后，安裝可更換墻腳消能部件，如圖10，主要通過連接導軌5卡入預埋導軌9中，高強螺栓17穿過連接導軌螺栓孔7及預埋導軌螺栓孔19，通過擰緊高強螺栓17提供連接導軌5及預埋導軌9接觸面之間的摩擦力實現連接段3與預埋連接段22之間的連接。安裝完成后的剪力墻如圖1所示.地震結束后，可以通過松開高強螺栓17，卸下破壞的可更換消能部件，再安裝上新的可更換消能部件后即可實現剪力墻功能的快速修復。
[0055]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:包括上下兩端的連接段及中間的主體段； 所述連接段與剪力墻可拆卸連接，包括連接端板以及與所述連接端板固定連接的消能連接件； 所述主體段包括鋼管混凝土段及預緊自填充段: 所述鋼管混凝土段包括位于上部的抗壓鋼板、位于四周作為外壁的鋼管、混凝土以及防屈曲內芯，所述防屈曲內芯位于所述抗壓鋼板、鋼管以及下端連接端板圍成的密閉空間的中心位置處，且所述防屈曲內芯底部與所述下端連接端板固定連接，頂部穿出所述抗壓鋼板設置，所述混凝土填充所述密閉空間的空白區(qū)域； 所述預緊自填充段位于所述上端連接端板與上端抗壓鋼板之間，包括斜鋼托、多個抗壓鋼墊片以及預緊線圈，所述斜鋼托上下兩端分別與上端連接端板、防屈曲內芯頂部固定連接，所述多個抗壓鋼墊片設于所述斜鋼托與抗壓鋼板之間縫隙中，所述預緊線圈箍設于所述多個抗壓鋼墊片外圍以提供預緊力。
2.根據權利要求1所述的剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:所述消能連接件包括連接導軌以及連接導軌螺栓孔，所述連接導軌螺栓孔穿過所述連接導軌設置，所述連接導軌固定設置于所述連接端板的端面上。
3.根據權利要求1所述的剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:所述防屈曲內芯頂部設有加強件以防止防屈曲內芯端部破壞，所述加強件穿過所述抗壓鋼板后與所述斜鋼托底部固定連接。
4.根據權利要求3所述的剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:所述加強件截面直徑大于所述防屈曲內芯截面直徑或所述加強件為附加的加勁肋。
5.根據權利要求1至3任一項所述的剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:防屈曲內芯及加強件表面設有機油層或膜層以防止與所述混凝土粘結。
6.根據權利要求1所述的剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:依據tangα < μ確定所述抗壓鋼墊片的傾斜角α大小，其中，μ為所述設抗壓鋼板與抗壓鋼墊片之間的摩擦系數。
7.根據權利要求1或6所述的剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:所述抗壓鋼墊片與抗壓鋼板接觸面的摩擦系數μ大于0.45。
8.根據權利要求1所述的剪力墻墻腳可更換消能部件，其特征在于:所述抗壓鋼板與鋼管焊接，防屈曲內芯與下部連接端板焊接，加強件與斜鋼托焊接，斜鋼托與上端連接端板焊接； 優(yōu)選的，所述防屈曲內芯為軟鋼內芯； 優(yōu)選的，所述多個抗壓鋼墊片的外圍對應所述預緊線圈開設凹槽以固定所述預緊線圈； 優(yōu)選的，所述預緊線圈為預應力鋼絞線。
9.一種可更換消能結構，其特征在于:包括如權利要求1至8任一項所述的可更換消能部件以及位于可更換消能部件上下兩端并與其相連的預埋連接段，所述預埋連接段包括預埋板件以及預埋連接件，所述預埋連接件固定在所述預埋板件上，預埋連接件對應所述消能連接件結構設置以實現所述預埋連接段與所述可更換消能部件的固定連接，所述預埋板件預先埋設在剪力墻中以實現所述可更換消能結構與剪力墻結構的固定連接。
10.根據權利要求9所述的可更換消能結構，其特征在于:所述預埋連接件包括固定連接的預埋端板以及預埋導軌，所述預埋導軌對上應所述連接導軌螺栓孔設置預埋導軌螺栓孔以卡接并經由螺栓固定所述連接導軌，所述預埋端板用于固定連接所述預埋導軌以及所述預埋板件； 優(yōu)選的，剪力墻或基礎的縱向鋼筋末端與所述預埋端板焊接連接以提高預埋連接段的抗拉拔能力。
【文檔編號】E04B1/98GK104213651SQ201410397936
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權日:2014年8月13日
【發(fā)明者】蔣歡軍, 劉其舟 申請人:同濟大學