內(nèi)置纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管的組合剪力墻的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)置纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管的組合剪力墻。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼筋混凝土剪力墻是現(xiàn)代高層及超高層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用的抗側(cè)力構(gòu)件，主要用于承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載，控制結(jié)構(gòu)剛度，使結(jié)構(gòu)在整體位移與層間位移方面滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。鋼筋混凝土剪力墻一般由墻身及邊緣構(gòu)件組成。根據(jù)不同的抗震等級需要，邊緣構(gòu)件可以設(shè)計成構(gòu)造邊緣構(gòu)件或約束邊緣構(gòu)件。一般通過增加邊緣構(gòu)件豎向受力筋以及箍筋來增加約束邊緣構(gòu)件的延性及承載力，從而增加鋼筋混凝土墻整體的承載力及變形能力。
[0003]在普通鋼筋混凝土剪力墻中，由于鋼筋受力屈服后會出現(xiàn)明顯的不可恢復(fù)的塑性變形，混凝土材料由于受拉強(qiáng)度較低，受壓強(qiáng)度達(dá)到后會出現(xiàn)材料軟化(應(yīng)力下降)，傳統(tǒng)混凝土墻體存在變形能力差、延性較低的特點(diǎn)，在強(qiáng)烈水平荷載作用下(如大震時)，鋼筋混凝土剪力墻墻體可能出現(xiàn)受拉開裂、混凝土壓碎等現(xiàn)象，使整體結(jié)構(gòu)存在因為關(guān)鍵抗側(cè)力構(gòu)件變形過大導(dǎo)致的不可恢復(fù)破壞甚至倒塌的風(fēng)險。結(jié)構(gòu)設(shè)計中雖然可通過控制剪力墻的軸壓比或增加剪力墻截面尺寸來達(dá)到避免上述問題的目的，但是可能導(dǎo)致墻體厚度、長度過大，這樣不僅增加工程造價，而且可能影響建筑使用功能，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑設(shè)計難以協(xié)調(diào)的問題。為解決上述問題，公開號為CN100434601C的發(fā)明專利提出在鋼筋混凝土的墻體兩側(cè)設(shè)置鋼管混凝土邊柱以增加剪力墻的承載力、抗震性能。上述專利利用鋼管約束混凝土具有良好的變形能力及延行，將其置于受力較大的墻端位置能夠增加墻體的變形能力及延行;然而，由于鋼管屈服后鋼管混凝土整體的自復(fù)位功能(self-centering)較弱，大震后結(jié)構(gòu)依然可能出現(xiàn)不可修復(fù)的破壞。為此，中國專利公開號為CNl 02 I 2794 I B及CN104088378B發(fā)明專利提出在墻端利用鋼管混凝土的基礎(chǔ)上，在墻身設(shè)置鋼板以進(jìn)一步增加墻身部分的延性及變形能力，此兩專利除存在中國專利公開號CN100434601C的缺點(diǎn)外，還存在用鋼量較大的問題，其他利用鋼管混凝土的剪力墻(如中國專利公開號CN202380606U，CN104818784A，CN202380574U，CN203808295U 等)也均存在類似缺點(diǎn)(S卩無自復(fù)位功能)。中國專利公開號為CN201459963U的實用新型專利提出在邊緣構(gòu)件以及墻身全部或者部分配置高強(qiáng)鋼筋、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料筋使墻體在大震時具有自復(fù)位功能;但是該專利并未解決大變形時墻體受拉區(qū)混凝土開裂及受壓區(qū)混凝土壓碎的問題。中國專利公開號為CN201459963U的實用新型專利提出在邊緣構(gòu)件部分采用鋼管混凝土并內(nèi)置纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管組成組合剪力墻以增加結(jié)構(gòu)整體的受力性能及變形能力，同時使結(jié)構(gòu)具有一定的二階剛度及自復(fù)位功能;但是上述組合剪力墻應(yīng)用有一定困難，主要表現(xiàn)在墻身部分的水平鋼筋與鋼管混凝土粘結(jié)比較困難，可能降低組合墻的整體工作性能，同時FRP管與周圍混凝土的協(xié)同工作也不能得到保證。
[0004]上述論述內(nèi)容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發(fā)明的各個方面相關(guān)的技術(shù)的各個方面，相信該論述內(nèi)容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更好地理解本發(fā)明的各個方面，因此，應(yīng)了解是以這個角度來閱讀這些論述，而不是承認(rèn)現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種內(nèi)置纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管的組合剪力墻，其不僅具有良好的變形能力及延性，而且在大變形時具有明顯的二階剛度和自復(fù)位功能及優(yōu)越的抗震性能。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]提供一種內(nèi)置纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管的組合剪力墻，所述剪力墻為鋼筋混凝土剪力墻，所述剪力墻內(nèi)部布置有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管內(nèi)設(shè)置有金屬管，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與金屬管之間填充混凝土。
[0008]其中，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與金屬管是同心的。
[0009]其中，所述剪力墻內(nèi)部布置至少兩個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管，和/或，一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管內(nèi)布置至少兩個金屬管。
[0010]其中，所述金屬管是空心的或金屬管內(nèi)填充有混凝土。
[0011]其中，所述金屬管內(nèi)填充的混凝土為普通混凝土、高強(qiáng)混凝土、膨脹混凝土、粉煤灰混凝土、輕骨料混凝土、回收骨料混凝土、纖維混凝土、自密實混凝土、橡膠混凝土中的一種。
[0012]其中，所述金屬管外壁連接布置有金屬剪力釘或剪力鍵。
[0013]其中，所述金屬管、金屬剪力釘或剪力鍵所用材料是低碳鋼、高碳鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼、輕質(zhì)鋼、鋁合金中的一種或兩種以上的組合。
[0014]其中，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管位于剪力墻的墻端、兩個墻肢交叉處、多個墻肢交叉處其中一處或多處的暗柱或者連墻明柱內(nèi)。
[0015]其中，所述金屬管的截面形狀是圓形、橢圓形、帶圓弧化角的正方形、長方形、多邊形中的一種，和/或，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的截面形狀是圓形、橢圓形、帶圓弧化角的正方形、長方形、多邊形中的一種。
[0016]其中，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管所用纖維材料是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維等中的一種或兩種以上的組合，和/或，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管之間填充的混凝土為普通混凝土、高強(qiáng)混凝土、膨脹混凝土、粉煤灰混凝土、輕骨料混凝土、回收骨料混凝土、纖維混凝土、自密實混凝土、橡膠混凝土中的一種。
[0017]本發(fā)明利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管(以下簡稱FRP管)與金屬管約束兩管之間的混凝土以增加混凝土的強(qiáng)度及變形能力，同時金屬管被混凝土及FRP管約束，其向外屈曲的模態(tài)受到抑制從而其抗屈曲能力得到明顯提升;所述金屬管內(nèi)部根據(jù)墻體受力需要，可以填充或者不填充混凝土。將上述雙管(FRP管與金屬管)置于墻體變形或者受力較大部位，如墻端、兩個墻肢交叉處、多個墻肢交叉處位置中的一處或者多處，使所發(fā)明的組合剪力墻不僅具有變形能力強(qiáng)、受壓區(qū)混凝土不易壓碎的特點(diǎn)，還具有明顯的二階剛度從而使墻體在大變形時候具有自復(fù)位功能，從而有效避免了現(xiàn)有金屬管混凝土組合剪力墻“延性有余而自復(fù)位功能不足”的缺點(diǎn)。根據(jù)實際應(yīng)用的需要所述金屬管與FRP管，其形狀根據(jù)需要可以圓形、橢圓形、帶圓弧化角的正方形、長方形、多邊形中的一種。根據(jù)實際應(yīng)用的需要，所述金屬管的材料為低碳鋼、高碳鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼、鋁材、鋁合金中的一種;所述FRP管的纖維材料為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維等中的一種;所述FRP管及金屬管之間填充混凝土及所述金屬管內(nèi)根據(jù)需要填充的混凝土為普通混凝土、高強(qiáng)混凝土、回收骨料混凝土、纖維混凝土、自密實混凝土中的一種。
[0018]本發(fā)明專利的有益效果是:
[0019]1、利用約束混凝土強(qiáng)度高、變形能力好，同時具有明顯二階剛度的特點(diǎn)，將FRP管與金屬管布置在墻體變形或者受力較大的部位，使所組成的組合剪力墻具有變形能力強(qiáng)、受壓區(qū)混凝土不易壓碎的特點(diǎn)，使墻整體具有明顯的二階剛度從而在大變形時候具有自復(fù)位功能，有效避免了現(xiàn)有鋼管混凝土組合剪力墻“延性有余而自復(fù)位功能不足”的缺點(diǎn)。
[0020]2、FRP管、金屬管和混凝土在一起形成有利的共同作用:FRP管與金屬管約束混凝土提升了剪力墻的強(qiáng)度及變形能力，F(xiàn)RP管與環(huán)形混凝土約束金屬管提升了其抗屈曲能力；金屬管外壁可以焊接金屬剪力釘或剪力鍵以加強(qiáng)與混凝土的粘結(jié)。這種有利的共同作用發(fā)揮了FRP、混凝土與金屬管三種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，提高了材料的利用率。
[0021]3、根據(jù)受力的需要，金屬管內(nèi)部可以填充混凝土 (如層數(shù)較高時)或者不填充混凝土 (層數(shù)較低時)，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)布置，可有效減輕結(jié)構(gòu)自重，從而減少地震作用力。
[0022]4、由于充分利用了材料的優(yōu)點(diǎn)，在相同的豎向承載力及抗震條件下，相比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土墻體，本發(fā)明所涉及的組合剪力墻可使截面尺寸可大大減小，還可增加建筑空間的利用率，降低綜合造價，從而促進(jìn)高性能復(fù)合材料在土木工程中的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0023]利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。
[0024]圖1a為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于墻端暗柱內(nèi)的示意圖。
[0025]圖1b為兩個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于墻端暗柱內(nèi)的示意圖。
[0026]圖2a為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處暗柱內(nèi)的示意圖。
[0027]圖2b為三個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處暗柱內(nèi)的示意圖。
[0028]圖3a為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處暗柱內(nèi)的示意圖。
[0029]圖3b為四個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處暗柱內(nèi)的示意圖。
[0030]圖4a為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于墻端連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內(nèi)的示意圖。
[0031]圖4b為九個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于墻端連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內(nèi)的示意圖。
[0032]圖5a為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內(nèi)的示意圖。
[0033]圖5b為四個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內(nèi)的不意圖。
[0034]圖6a為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內(nèi)的示意圖。
[0035]圖6b為兩個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內(nèi)的不意圖。
[0036]圖7a為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與金屬管同心布置且金屬管空心的示意圖。
[0037]圖7b為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與金屬管同心布置且金屬管填充混凝土的示意圖。
[0038]圖8a為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與金屬管偏心布置且金屬管空心的示意圖。
[0039]圖Sb為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與金屬管偏心布置且金屬管填充混凝土的示意圖。
[0040]圖9a為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管內(nèi)有兩個金屬管且金屬管空心的的示意圖。
[0041]圖9b為一個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管內(nèi)有兩個金屬管且金屬管填充混凝土的的示意圖。
[0042]圖1Oa為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管可能的截面形狀。
[0043]圖1Ob為金屬管可能的截面形狀。
【具體實施方式】
[0044]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，