CN103290993B - 跨中自复位软钢耗能混凝土梁 - Google Patents

Abstract

跨中自复位软钢耗能混凝土梁，属于结构工程的抗震减震技术领域，包括：无粘结预应力钢绞线、锚具、波纹管、箍筋、螺旋钢筋、软钢、高强混凝土。全梁的预应力钢绞线提供弹性恢复力，同时软钢阻尼器在地震作用下耗散地震的能量，减小混凝土梁的整体变形，实现梁体的高延性破坏，最终实现整个建筑物的减震耗能。跨中自复位凝土梁具有减震耗能、延性好、自动恢复、施工简单等特点。

Description

跨中自复位软钢耗能混凝土梁

技术领域

本发明涉及一种在正常使用状态下能够具有足够承载力，在地震中可以集中耗能，在地震后不需修复或稍加修复即可恢复功能的梁式结构，属于结构工程的抗震减震技术领域。

背景技术

我国现阶段的抗震思想是小震不坏，中震可修，大震不倒。这一抗震思想要求结构遭遇设防烈度的地震后主体结构不应有大的破坏并可以修复，遭遇罕遇地震后允许结构有大的破坏，但不能倒塌造成人员伤亡。但由于地震作用的不确定性和复杂性，结构有可能遭受比设防烈度更大的地震作用，这样会使结构构件严重受损。例如汶川地区在2008年以前的设防烈度是7度，汶川地震中心地区最高烈度却高达11度。另外结构在遭受设防烈度的地震后虽然没有倒塌，但有部分构件因破坏位置的特殊性以及破坏严重性使其难以加固修复，最后整个结构只能被推倒重建，造成了巨大的浪费，也影响了人们的正常生活。为此考虑设计一种可恢复功能结构，使结构在地震后能最快地恢复其正常使用功能。这样建筑不仅能够在地震中保护人们的生命财产安全，在地震后也能帮助人们尽快恢复正常生活。

目前，世界上绝大多数建筑物都是钢筋混凝土结构，梁和柱是主要的承重结构。由于柱端和梁端的所受的剪力最大，所以地震作用下，最容易出现损坏的是柱端和梁端。柱端和梁端出现塑性铰，发生剪切破坏，影响了整个结构的稳定性。为了避免这种情况的出现，适当的引导地震的地震作用时的能量，将地震作用时的能量引到跨中剪力相对较小的区域，在跨中通过特殊的措施，耗散地震的能量，从而减小地震下的损坏程度。

自复位功能结构是指在没有地震时可以正常使用，地震后不需修复或稍加修复即可恢复其使用功能的结构。通过自复位结构自动恢复到结构的正常状态，减少结构震后的残余变形。自复位功能能够消除结构的永久变形，使结构在地震后能继续使用，同时降低了结构震后被拆除的风险，是结构抗震设计的一个理想的新方向。

本发明通过在梁跨中设置相对的薄弱区，引导地震的能量向梁的跨中转移，达到强柱弱梁的目的。同时通过预应力钢绞线的弹性恢复力和软钢的摩阻力耗散地震的能量，减小混凝土梁的变形，从而实现混凝土梁的减震耗能，减小地震的破坏程度，以保障主体结构的正常使用。

发明内容

本发明涉及一种在正常使用状态下能够具有足够承载力，在地震中可以集中耗能，在地震后不需修复或稍加修复即可恢复功能的梁式结构，属于结构工程的抗震减震技术领域。

本发明提出了一种跨中自复位软钢耗能混凝土梁，本混凝土梁具有减震耗能、延性好、自动恢复、施工简单等特点。在地震作用下，混凝土梁会发生变形，通过无粘结预应力钢绞线提供弹性恢复力，使变形的混凝土梁恢复到正常使用时的状态。另外，软钢阻尼在地震作用时提供摩阻力，在耗能的同时减小混凝土梁的变形，确保变形的混凝土梁可以恢复到正常使用时的状态。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种跨中自复位软钢耗能混凝土梁，其包括无粘结预应力钢绞线1、螺旋钢筋2、软钢3、波纹管4、锚具5、箍筋6；跨中和两跨端三段混凝土梁是预制的，跨中梁和与跨中梁相连的两端的梁端布置用来约束混凝土的螺旋钢筋2，并且跨中梁与两端梁之间均布置软钢3；三段混凝土梁在同一水平面上固定好后，用预应力钢绞线1贯穿预埋在三段混凝土梁内的的波纹管4将整个混凝土梁连接起来，并且用锚具5锚固在两端的柱子上。箍筋6均匀的布置在整个混凝土梁内。

无粘结预应力钢绞线1采用挤压涂塑的无粘结钢绞线。

所用的软钢3材料是强度在100-200MPa，最低强度值能够保证正常使用状态下的承载力。

所用的混凝土为高强混凝土。

混凝土梁是预制的，施工采用装配式施工。

本发明的功能如下：

预应力钢绞线通过预埋的波纹管贯穿整个混凝土梁，确保三段梁为一个整体，并且在地震作用下提供弹性恢复力，同时软钢阻尼器在地震作用下耗散地震的能量，减小混凝土梁的整体变形，实现梁体的高延性破坏，最终实现整个建筑物的减震耗能，且在地震之后可以实现自动复位。

螺旋钢筋布置在混凝土梁的受压区，用来约束混凝土，防止地震引起反复大变形时混凝土梁由于受压过早被压坏。

所用的混凝土为高强混凝土，高强混凝土变形小，从而使混凝土梁的刚度得以提高，大大改善了混凝土梁的变形性能。

本发明通过贯穿全梁的预应力钢绞线提供弹性恢复力，同时软钢在地震作用下耗散地震的能量，减小混凝土梁的整体变形，实现梁体的高延性破坏，最终实现整个建筑物的减震耗能。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）本发明中的无粘结预应力钢筋提供弹性恢复力，使在地震作用下发生变形的混凝土变形恢复到正常使用时的状态。

2）本发明在没有地震时可以正常使用，地震后结构不需修复或者稍加修复就可以继续使用，避免了结构的倒塌造成建筑物的无法正常使用。

3）本发明构造较简单，降低了震后修建的成本，减震耗能性价比突出。

附图说明

图1为本发明跨中自复位软钢耗能混凝土梁正剖面示意图；

图2为本发明跨中自复位软钢耗能混凝土梁具有螺旋钢筋部分梁的剖面示意图；

图3为本发明跨中自复位软钢耗能混凝土梁软钢部分剖面示意图；

图4为本发明跨中自复位软钢耗能混凝土梁没有螺旋钢筋部分梁的剖面示意图。

图中：1—预应力钢绞线，2—螺旋钢筋，3—软钢，4—波纹管，5—锚具，6—箍筋。

具体实施方式

实施例1：

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，是本发明跨中自复位软钢耗能混凝土梁实施例，其长宽高为5000mm×250mm×500mm，配筋率为1%，由高强混凝土7预制而成。主要包括内无粘结预应力钢绞线1、螺旋钢筋2、软钢3、波纹管4、锚具5、箍筋6、高强混凝土7。跨中和两跨端三段混凝土梁是预制的，跨中梁和与跨中梁相连的两端的梁端布置用来约束混凝土的螺旋钢筋2，并且跨中梁与两端梁之间均布置软钢3；三段混凝土梁在同一水平面上固定好后，用预应力钢绞线1贯穿预埋在三段混凝土梁内的的波纹管4将整个混凝土梁连接起来，并且用锚具5锚固在两端的柱子上。箍筋6均匀的布置在整个混凝土梁内。

首先，首先根据设计确定的截面尺寸、配筋量、混凝土强度等级等预制混凝土梁。经计算和现场结构试验得知，本发明满足标准荷载下的承载能力。预制时在梁端固定螺旋钢筋2，采用预埋波纹管4留设孔道，孔道内径应比预应力筋外径大6～15mm，孔道位置应严格按设计规定定位。

其次，混凝土梁养护到设计强度后，即可进行运输和现场吊装。在柱上安装临时牛腿作为梁的支撑，在跨中位置用脚手架固定跨中梁的位置。吊装梁时，将梁置于柱上的临时牛腿支撑和脚手架上。三段梁全部就位后，在预留孔道中穿入无粘结预应力钢绞线1。在跨中梁与两端梁的预留缝隙之间放置软钢3。穿入无粘结预应力筋1后在梁柱之间的缝隙灌注砂浆，并灌注孔道的砂浆。梁柱之间的缝隙所用砂浆宜用纤维砂浆或环氧砂浆，孔道用普通砂浆灌注即可。

最后，灌浆达到设计强度后张拉无粘结预应力筋1并用锚具5锚固。锚固后即可以移去临时支撑。

以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (5)

1.一种跨中自复位软钢耗能混凝土梁，其包括无粘结预应力钢绞线(1)、螺旋钢筋(2)、软钢(3)、波纹管(4)、锚具(5)、箍筋(6)；其特征在于：跨中和两跨端三段混凝土梁是预制的，跨中梁和与跨中梁相连的两端的梁端布置用来约束混凝土的螺旋钢筋(2)，并且跨中梁与两端梁之间均布置软钢(3)；三段混凝土梁在同一水平面上固定好后，用预应力钢绞线(1)贯穿预埋在三段混凝土梁内的波纹管(4)将整个混凝土梁连接起来，并且用锚具(5)锚固在两端的柱子上；箍筋(6)均匀的布置在整个混凝土梁内。

2.根据权利要求1所述的跨中自复位软钢耗能混凝土梁，其特征在于：无粘结预应力钢绞线(1)采用挤压涂塑的无粘结钢绞线。

3.根据权利要求1或2所述的跨中自复位软钢耗能混凝土梁，其特征在于：所用的软钢(3)材料是强度在100-200MPa，最低强度值能够保证正常使用状态下的承载力。

4.根据权利要求1或2所述的跨中自复位软钢耗能混凝土梁，其特征在于：所用的混凝土为高强混凝土。

5.根据权利要求1或2所述的跨中自复位软钢耗能混凝土梁，其特征在于：混凝土梁是预制的，施工采用装配式施工。