本發(fā)明涉及連梁技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種提高抗剪承載力和延性并在地震作用下具有良好耗能效果的內(nèi)置軟鋼的高耗能混凝土連梁。

背景技術(shù)：

在高層建筑中,連梁剪力墻能有效抵抗風(fēng)荷載和地震荷載引起的剪力。在地震作用下，墻肢之間的連梁能夠有效消耗能量，并且為整個(gè)剪力墻體系提供很強(qiáng)的剛度?，F(xiàn)有各種連梁的情況如下：1）普通混凝土連梁：延性較差，混凝土一旦進(jìn)入塑性，承載力迅速下降，在大震下表現(xiàn)出明顯的脆性，在彎剪作用下容易發(fā)生剪切破壞產(chǎn)生交叉斜裂縫，抗震耗能效果較差；2）對(duì)角斜筋混凝土連梁：為應(yīng)對(duì)普通混凝土連梁易發(fā)生剪切破壞的問(wèn)題，在連梁內(nèi)部放置對(duì)角斜筋，一定程度上增加了連梁的抗剪強(qiáng)度和延性，但抗彎承載力提高不多,并且當(dāng)混凝土連梁寬度較小時(shí)施工難度較大；3）菱型配筋鋼筋混凝土連梁：能夠有效提高小跨高比連梁的延性，但對(duì)施工要求較高并且成本較高，不易推廣；4）鋼骨混凝土連梁：型鋼的加入使得連梁整體延性較好，但是本身剛度較大，與墻肢剛度比不當(dāng)會(huì)使得塑性鉸優(yōu)先產(chǎn)生于墻肢，反而不利于連梁耗能；5）帶通縫鋼筋混凝土連梁：通過(guò)增加跨高比，大幅度提高了連梁的延性，但此時(shí)連梁的剛度降為原來(lái)的四分之一，影響了聯(lián)肢剪力墻的整體性；6）自控連梁：通過(guò)連梁兩端設(shè)水平通縫，中間利用素混凝土形成連接鍵。大震下素混凝土連接鍵開(kāi)裂，形成上下兩個(gè)連梁，增大跨高比以增加延性，此方法對(duì)于縫槽的精度要求較高，不利于實(shí)際工程中的推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種提高抗剪承載力和延性并在地震作用下具有良好耗能效果的內(nèi)置軟鋼的高耗能混凝土連梁。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案解決的：

一種內(nèi)置軟鋼的高耗能混凝土連梁，包括受力縱筋、箍筋和構(gòu)造縱筋，其特征在于：成矩形設(shè)置的受力縱筋采用端部的箍筋固定成型，兩端部的箍筋構(gòu)成的腔體內(nèi)部放置軟鋼板，軟鋼板的兩端分別固定在兩端部的箍筋上，構(gòu)造縱筋設(shè)置在受力縱筋之間并位于軟鋼板的前后兩側(cè)，兩端部的箍筋之間亦設(shè)有中部的箍筋用于固定受力縱筋和構(gòu)造縱筋；上述結(jié)構(gòu)放置在連梁模板中采用纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土澆筑即可獲得所需的連梁。

所述的軟鋼板位于連梁的中部且軟鋼板的端部?jī)蓚?cè)通過(guò)點(diǎn)焊與兩端部的箍筋焊接在一起。

所述軟鋼板的上下表面通過(guò)點(diǎn)焊與中部的箍筋焊接在一起。

所述的軟鋼板為H形鋼板，軟鋼板的厚度為連梁寬度的1/15-1/10, 軟鋼板的兩端高度不超過(guò)兩端部的箍筋構(gòu)成的腔體高度以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊定位，軟鋼板的中段高度為軟鋼板的端部高度的1/3-1/2。

所述軟鋼板的中段長(zhǎng)度等于連梁的凈跨度。

所述的連梁埋入剪力墻墻肢的長(zhǎng)度取墻肢厚度和梁高1/2的較大值。

所述纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土的材料組分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加劑、纖維和高效減水劑、消泡劑、分散劑，其中按質(zhì)量比為水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）選擇水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的7～16%選取聚合物添加劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.8～1.8%選取高效減水劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.5%～1.2%選取消泡劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.15～0.32%選取分散劑，纖維為PVA纖維，按水、水泥、粉煤灰及砂的總體積的0.8%～2.5%選取PVA纖維；將上述原料按比例配置后攪拌均勻即可得到纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土。

所述的水泥采用海螺牌P.O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用I級(jí)粉煤灰；砂采用細(xì)度模數(shù)為1.6～2.2的普通河沙；水采用密度為 1.0g/cm³、符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63-2006）要求的普通自來(lái)水；聚合物添加劑采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纖維采用彈性模量42Gpa、長(zhǎng)徑比7%的PVA纖維；分散劑采用十二烷基苯磺酸鈉；高效減水劑采用減水率為20～35%的聚羧酸減水劑；消泡劑采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷銅聚醚中的一種。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的連梁由貫穿預(yù)制連梁的受力縱筋和構(gòu)造縱筋、縱筋外部的箍筋、內(nèi)置在連梁中的軟鋼板作為加強(qiáng)體，纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土作為基體，該連梁相較于傳統(tǒng)的混凝土連梁，由于采用了纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土作為基體并內(nèi)置軟鋼板，使得連梁的抗剪承載力和延性得到提高，在地震作用下具有良好的耗能效果。

本發(fā)明的連梁采用的是纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土，PVA纖維的橋接作用使得連梁在承受荷載發(fā)生破壞的過(guò)程中，表現(xiàn)出“多縫開(kāi)裂”以及“應(yīng)變硬化”的特點(diǎn)，每條微裂縫不超過(guò)100um，因此使用纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土能夠提高連梁的承載力，減輕連梁混凝土的開(kāi)裂剝落。

本發(fā)明的連梁采用軟鋼板作為加強(qiáng)體承擔(dān)一部分剪力，使得連梁破壞形式得到改善，更多表現(xiàn)為彎曲剪切破壞；同時(shí)軟鋼板在小應(yīng)變范圍內(nèi)就進(jìn)入塑性，更早發(fā)揮耗能作用；軟鋼板的加入不會(huì)使得連梁剛度大幅度提高，避免了普通型鋼連梁剪力墻塑性鉸先產(chǎn)生于墻肢的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的連梁中的軟鋼板與高延性的纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土能夠粘結(jié)在一起協(xié)調(diào)工作，緩解了普通混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)滑移問(wèn)題，改善了混凝土連梁的變形能力，從而提高混凝土連梁的延性和耗能能力；在大位移和大荷載作用下，該連梁能夠保持較好的整體性，同時(shí)抗剪承載力得到提高，剛度退化也得到了推遲。

附圖說(shuō)明

附圖3為附圖1的B-B截面結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1—受力縱筋；2—軟鋼板；3—箍筋；4—構(gòu)造縱筋。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1-3所示：一種內(nèi)置軟鋼的高耗能混凝土連梁，包括受力縱筋1、箍筋3和構(gòu)造縱筋4，其特征在于：成矩形設(shè)置的受力縱筋1采用端部的箍筋3固定成型，兩端部的箍筋3構(gòu)成的腔體內(nèi)部放置軟鋼板2，軟鋼板2的兩端分別固定在兩端部的箍筋3上，構(gòu)造縱筋4設(shè)置在受力縱筋1之間并位于軟鋼板2的前后兩側(cè)（從兩個(gè)截面圖來(lái)看：構(gòu)造縱筋4則位于軟鋼板2的左右兩側(cè)），兩端部的箍筋3之間亦設(shè)有中部的箍筋3用于固定受力縱筋1和構(gòu)造縱筋4；上述結(jié)構(gòu)放置在連梁模板中采用纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土澆筑即可獲得所需的連梁，使用時(shí)，連梁埋入剪力墻墻肢的長(zhǎng)度取墻肢厚度和梁高1/2的較大值。從結(jié)構(gòu)和參數(shù)來(lái)看，軟鋼板2位于連梁的中部且軟鋼板2的端部?jī)蓚?cè)通過(guò)點(diǎn)焊與兩端部的箍筋3焊接在一起，同時(shí)軟鋼板2的上下表面通過(guò)點(diǎn)焊與中部的箍筋3焊接在一起；軟鋼板2為H形鋼板，軟鋼板2的厚度為連梁寬度的1/15-1/10, 軟鋼板2的兩端高度不超過(guò)兩端部的箍筋3構(gòu)成的腔體高度以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊定位，軟鋼板2的中段高度為軟鋼板2的端部高度的1/3-1/2，同時(shí)軟鋼板2的中段長(zhǎng)度等于連梁的凈跨度。

在上述連梁中，使用的纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土的材料組分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加劑、纖維和高效減水劑、消泡劑、分散劑，其中水泥采用海螺牌P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用I級(jí)粉煤灰；砂采用細(xì)度模數(shù)為1.6～2.2的普通河沙；水采用密度為 1.0g/cm³、符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63-2006）要求的普通自來(lái)水；聚合物添加劑采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纖維采用彈性模量42Gpa、長(zhǎng)徑比7%的PVA纖維；分散劑采用十二烷基苯磺酸鈉，也叫四聚丙烯基苯磺酸鈉，是一種白色粉粉末固體，其溶于水會(huì)變成半透明溶液，主要用作于陰離子型的表面活性劑；高效減水劑采用外觀(guān)是黃色透明油狀的液體、減水率為20～35%的聚羧酸減水劑；消泡劑采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷銅聚醚中的一種。其中按質(zhì)量比為水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）選擇水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的7～16%選取聚合物添加劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.8～1.8%選取高效減水劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.5%～1.2%選取消泡劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.15～0.32%選取分散劑，纖維為PVA纖維，按水、水泥、粉煤灰及砂的總體積的0.8%～2.5%選取PVA纖維；將上述原料按比例配置后攪拌均勻即可得到纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土。

纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土的應(yīng)用原理為：纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土在逐級(jí)承受荷載的過(guò)程中，隨著荷載的逐步變大，混凝土構(gòu)件在受力最大處產(chǎn)生第一條微裂縫，由于PVA纖維與混凝土基體之間存在較好的界面粘結(jié)力，界面粘結(jié)力產(chǎn)生的橋接作用能夠連接纖維兩端的混凝土，從而限制了該微裂縫寬度的進(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)荷載繼續(xù)增加時(shí)轉(zhuǎn)而在構(gòu)件的其他區(qū)域產(chǎn)生新的微裂縫，并且每條微裂縫的寬度不超過(guò)100um,這種多裂縫同時(shí)存在于混凝土構(gòu)件上的現(xiàn)象稱(chēng)之為“多縫開(kāi)裂”，多縫開(kāi)裂能夠顯著增大構(gòu)件的承載力。故纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土制作的混凝土構(gòu)件承載力和延性都高于普通混凝土。其高延性的特點(diǎn)尤其適用于連梁，能夠保證混凝土連梁在大震下依舊具有良好的整體性同時(shí)起到耗能的作用。內(nèi)置軟鋼板的混凝土連梁相較于普通加強(qiáng)體（鋼筋、型鋼）的混凝土連梁具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）軟鋼與傳統(tǒng)鋼材相比，屈服點(diǎn)更低，在小應(yīng)變范圍內(nèi)即出現(xiàn)塑性并具有高度的塑性變形能力，能夠更好的與纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土協(xié)調(diào)變形，共同耗能；（2）軟鋼屈服承載力的偏差幅度相較于傳統(tǒng)鋼材更小，在循環(huán)荷載作用下力學(xué)性能穩(wěn)定，故更適合于預(yù)制構(gòu)件的制作；（3）內(nèi)置軟鋼板的混凝土連梁比內(nèi)置型鋼混凝土連梁剛度低，地震作用下，連梁兩端的塑性鉸先于墻肢產(chǎn)生，避免了一些連梁在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法發(fā)揮耗能作用的問(wèn)題。

下面通過(guò)內(nèi)置軟鋼的高耗能混凝土連梁的澆筑過(guò)程來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明提供的技術(shù)方案。

該內(nèi)置軟鋼的高耗能預(yù)制混凝土連梁的澆筑方法為：（1）綁扎連梁的受力縱筋1成矩形設(shè)置，在受力縱筋1的外側(cè)綁扎連梁兩端的端部箍筋3使得受力縱筋1固定成型，放入軟鋼板2并定位于端部箍筋3的內(nèi)側(cè)正中央，軟鋼板2的上下兩側(cè)通過(guò)點(diǎn)焊與箍筋3連接在一起；構(gòu)造縱筋4設(shè)置在受力縱筋1之間并位于軟鋼板2的前后兩側(cè)，兩端部的箍筋3之間亦設(shè)有中部的箍筋3用于固定受力縱筋1和構(gòu)造縱筋4，同時(shí)完成剩余箍筋3與軟鋼板2的點(diǎn)焊；（2）支連梁模板；（3）采用纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土澆筑連梁；（4）在澆筑完成后，刮平表面，在室溫下養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后在表面覆蓋塑料薄膜，澆水養(yǎng)護(hù)28d；（5）拆除模板，連梁澆筑完成。

技術(shù)要求：連梁的受力縱筋1和構(gòu)造縱筋4應(yīng)滿(mǎn)足連梁抗彎承載力計(jì)算和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010中構(gòu)造要求；連梁的箍筋3應(yīng)滿(mǎn)足連梁受剪承載力計(jì)算和非抗震設(shè)計(jì)的構(gòu)造要求；軟鋼板2的尺寸參照示意圖，為連梁寬度的1/15-1/10, 軟鋼板2的兩端高度不超過(guò)兩端部的箍筋3構(gòu)成的腔體高度以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊定位，軟鋼板2的中段高度為軟鋼板2的端部高度的1/3-1/2；軟鋼板2宜選擇日本生產(chǎn)標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)Y225/160/100的軟鋼，性能較為穩(wěn)定。

連連梁實(shí)例一：截面尺寸為120X500mm，凈跨度為600mm（凈跨度為剪力墻之間的連梁長(zhǎng)度，不包括伸入剪力墻中的連梁長(zhǎng)度）；箍筋3為6@80，受力縱筋1為4C12（“C”代表HRB400級(jí)鋼筋），構(gòu)造縱筋4為4B10（“B”代表HPB300級(jí)鋼筋）。軟鋼板2的尺寸：厚度為10mm；兩端高度為440mm，長(zhǎng)度各為250mm；中段高度為200mm，長(zhǎng)度為600mm，合計(jì)全長(zhǎng)1040mm；軟鋼板2的標(biāo)號(hào)為L(zhǎng)Y160。以上受力縱筋1與構(gòu)造縱筋4的數(shù)量均為連梁截面雙側(cè)鋼筋數(shù)量總數(shù)。

下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)舉例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明采用的纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土材料具備的高裂縫控制能力、能量吸收能力以及高韌性等多項(xiàng)性能。

水泥采用海螺牌P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用I級(jí)粉煤灰；砂采用細(xì)度模數(shù)為1.6～2.2的普通河沙；水采用密度為 1.0g/cm³、符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63-2006）要求的普通自來(lái)水；聚合物添加劑采用丙烯酸共聚乳液；纖維采用彈性模量42Gpa、長(zhǎng)徑比7%的PVA纖維（聚乙烯醇纖維）；分散劑采用十二烷基苯磺酸鈉；高效減水劑采用減水率為35%的聚羧酸減水劑；消泡劑采用硅烷銅聚醚。

按質(zhì)量比為水泥：水：粉煤灰：砂1：0.55：0.6：1.8選擇水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的7%選取聚合物添加劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.8%選取高效減水劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的1.05%選取消泡劑，按水泥和粉煤灰質(zhì)量用量的0.30%選取分散劑，按水、水泥、粉煤灰及砂的總體積的1.8%選取PVA纖維；將上述原料按比例配置后攪拌均勻即可得到纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土。

拉伸試驗(yàn)中：極限拉應(yīng)變和極限應(yīng)力分別為2.22%和3.3Mpa，分別是純基體的20.2倍和2.84倍。阻尼比試驗(yàn)：采用懸臂梁的自由衰減法，在懸臂梁的自由端方式下，敲擊自由端，利用自由衰減曲線(xiàn)測(cè)出復(fù)合水泥基的對(duì)數(shù)衰減率以及阻尼比；纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土較純基體的阻尼比提高了31.02%，實(shí)際阻尼比具體數(shù)值為6.8%。纖維之所以可以提高材料的阻尼性能是因?yàn)椋寒?dāng)PVA纖維分散在基體中的時(shí)候，纖維與基體有一定的界面結(jié)合，在強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生界面的滑移摩擦，是一個(gè)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能的過(guò)程。

本發(fā)明的連梁由貫穿預(yù)制連梁的受力縱筋1和構(gòu)造縱筋4、縱筋外部的箍筋3、內(nèi)置在連梁中的軟鋼板2作為加強(qiáng)體，纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土作為基體，該連梁相較于傳統(tǒng)的混凝土連梁，由于采用了纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土作為基體并內(nèi)置軟鋼板2，使得連梁的抗剪承載力和延性得到提高，在地震作用下具有良好的耗能效果。本發(fā)明的連梁采用的是纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土，PVA纖維的橋接作用使得連梁在承受荷載發(fā)生破壞的過(guò)程中，表現(xiàn)出“多縫開(kāi)裂”以及“應(yīng)變硬化”的特點(diǎn)，每條微裂縫不超過(guò)100um，因此使用纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土能夠提高連梁的承載力，減輕連梁混凝土的開(kāi)裂剝落。

本發(fā)明的連梁采用軟鋼板2作為加強(qiáng)體承擔(dān)一部分剪力，使得連梁破壞形式得到改善，更多表現(xiàn)為彎曲剪切破壞；同時(shí)軟鋼板2在小應(yīng)變范圍內(nèi)就進(jìn)入塑性，更早發(fā)揮耗能作用；軟鋼板2的加入不會(huì)使得連梁剛度大幅度提高，避免了普通型鋼連梁剪力墻塑性鉸先產(chǎn)生于墻肢的缺點(diǎn)。連梁中的軟鋼板2與高延性的纖維增強(qiáng)高阻尼聚合物混凝土能夠粘結(jié)在一起協(xié)調(diào)工作，緩解了普通混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)滑移問(wèn)題，改善了混凝土連梁的變形能力，從而提高混凝土連梁的延性和耗能能力；在大位移和大荷載作用下，該連梁能夠保持較好的整體性，同時(shí)抗剪承載力得到提高，剛度退化也得到了推遲。

以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)；本發(fā)明未涉及的技術(shù)均可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。