CN104060724B - 一种复合材料耗能型剪力墙 - Google Patents

Abstract

本发明为一种复合材料耗能型剪力墙，包括上下钢板、中间钢板、约束钢板、黏弹性材料、铅芯和螺栓孔，中间钢板和约束钢板上预留孔洞，中间钢板和约束钢板之间填充黏弹性材料，在钢板和黏弹性材料硫化为一起之后，将铅灌注到预留孔洞中固化形成铅芯，上下钢板上有螺栓孔，可通过螺栓和上下框架梁连接作为耗能型剪力墙。在竖向荷载、风荷载和小震下，装置只提供刚度，抵抗竖向荷载、较小的水平荷载和弯矩；在中震和大震作用下，由于黏弹性材料和铅芯共同消耗地震能量，铅芯和黏弹性材料发生较大变形，使得装置提供刚度的同时提供阻尼，从而减少结构的各项地震响应。黏弹性材料层和铅芯的数量和尺寸根据需要灵活设计。本发明抗震概念设计清晰，结构简单，所用材料成本低廉，施工和更换方便。

Description

一种复合材料耗能型剪力墙

技术领域

本发明涉及一种复合材料耗能型剪力墙，属于抗震结构体系领域。

背景技术

剪力墙又称为抗震墙，在建筑结构中主要承受地震作用引起的水平荷载，有效提高结构的抗侧刚度，减小结构在水平荷载作用下的侧移。在中震和大震下，结构通过弹塑性变形和损伤来消耗地震能量，这样造成结构较大的变形，为了起到良好的抗震效果，势必要增加剪力墙横截面和配筋，经济性较差。也就是说，传统剪力墙在抗震性能和经济性能之间难以兼顾。同时，由于目前复杂、不规则、连体和超高层建筑的涌现，传统剪力墙越来越不能适应建筑抗震性能的要求。这主要体现在两方面：第一，相比消能减震装置中的耗能材料，混凝土提供的弹塑性耗能不多，且弹塑性耗能越多意味着剪力墙损伤越严重，结构变得更不安全；第二，经历一次强烈地震后，传统剪力墙损伤严重，有可能不能修复或者修复成本高昂。

为了改善剪力墙结构和框架-剪力墙结构的抗震性能，一种常见的方法是使用消能减震装置。通过合理设计和布置的消能减震装置可以将大量地震能量引入到消能减震装置中进行消耗，从而保证主体结构的安全。但是，消能减震装置一般是通过支撑布置在层间相对位移较大的地方，不管是采用斜撑、人字撑或是层间柱的形式都会影响建筑功能和建筑设计。因此，将消能减震装置和传统结构构件在功能和结构上进行组合的理念为这个问题提供可行的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种复合材料耗能型剪力墙，将消能减震装置与剪力墙两种不同功能构件组合在一起。在竖向荷载、风荷载和小震下，仅由铅芯提供刚度，抵抗竖向荷载、较小的水平荷载和弯矩，起到传统剪力墙的作用；在中震和大震作用下，铅芯和黏弹性材料发生较大变形，使得装置提供刚度的同时提供阻尼，从而减少结构的地震响应。本发明相比传统剪力墙，在中震和大震下，由于黏弹性材料和铅芯共同消耗地震能量，可以显著提高结构阻尼比，减小结构地震响应和损伤。本发明有效提高结构的抗震性能、方便了减震布置和设计、减轻震后的修复工作，对于提高经济效益和保证人们生命财产安全具有重要意义。本发明可用于复杂、不规则、超高层或者高烈度地震区建筑结构中，起到良好的消能减震作用。

本发明为一种复合材料耗能型剪力墙，包括上下钢板1、中间钢板2、约束钢板3、黏弹性材料4、铅芯5和螺栓孔6，钢板1和约束钢板3均为2块，2块约束钢板3分布于中间钢板2两侧，中间钢板2和约束钢板3位于上下两块钢板1之间，且中间钢板2和约束钢板3错位布置，即中间钢板2一端固定于位于上部的钢板1上，2块约束钢板3一端固定于位于下部的钢板1上；中间钢板2和约束钢板3上预留孔洞，中间钢板2和约束钢板3之间填充有黏弹性材料4，中间钢板2、黏弹性材料4和约束钢板3硫化后组成一体，中间钢板2上的预留孔洞和约束钢板3上的预留孔洞相互贯通，铅灌注于中间钢板2和约束钢板3上的预留孔洞中固化形成铅芯3，2块钢板1上设有螺栓孔6，通过螺栓和上下框架梁连接作为耗能型剪力墙。在竖向荷载、风荷载和小震下，本装置起到传统剪力墙的作用，只提供刚度来承受竖向荷载、较小的水平荷载和弯矩；在中震和大震作用下，铅芯和黏弹性材料发生较大变形，使得装置提供刚度的同时提供阻尼，从而减少结构的各项地震响应，实现“中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。

本发明中，黏弹性材料为高阻尼橡胶或类似具高耗能特性的黏弹性材料，铅芯为固体铅材料。

本发明中，在竖向荷载、风荷载和小震下，铅芯不屈服，装置只提供刚度；在中震和大震下，铅芯屈服，铅芯同时提供刚度和阻尼，黏弹性材料主要提供阻尼。

本发明中，铅芯的横截面可以是圆形或者矩形。

本发明中，黏弹性材料层和铅芯的数量和尺寸可以根据需要灵活设计。

本发明具有如下显著优点：

(1)在竖向荷载和风荷载下，装置起到传统剪力墙的作用；在地震作用下，相比传统剪力墙，本装置可以有效提高结构的阻尼比和减少结构响应。

(2)本发明在铅芯屈服后即开始耗能，黏弹性材料和铅芯处于并联状态，在一定位移下两者的耗能叠加，可以起到良好的消能减震作用；

(3)消能减震装置与剪力墙功能的组合，给建筑布置带来便利；

(4)黏弹性材料层和铅芯的数量和尺寸可以根据需要灵活设计；

(5)本装置使用螺栓和框架梁连接，方便更换；

(6)本发明抗震概念设计清晰，结构构造简单，所用材料成本低廉，施工和更换方便，减震效果良好。

附图说明

图1是本发明一种复合材料耗能型剪力墙的立体图；

图2是本发明一种复合材料耗能型剪力墙的侧面图；

图中标号：1为钢板、2为中间钢板、3为约束钢板、4为黏弹性材料、5为铅芯、6为螺栓孔。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：

如图1所示，本发明为一种复合材料耗能型剪力墙，包括2块上下钢板1、1块中间钢板2、2块约束钢板3、2块黏弹性材料层4、2个截面为矩形铅芯5和螺栓孔6。在中间钢板2和约束钢板3上预留矩形孔洞，在中间钢板2和约束钢板3之间填充黏弹性材料4，在钢板2-3和黏弹性材料4硫化为一起之后，将铅灌注到预留孔洞中固化形成铅芯3，上下钢板1上有螺栓孔6，可以通过螺栓和上下框架梁连接作为耗能型剪力墙。

以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。

Claims (3)

1.一种复合材料耗能型剪力墙，包括钢板(1)、中间钢板(2)、约束钢板(3)、黏弹性材料(4)、铅芯(5)和螺栓孔(6)，其特征在于：钢板(1)和约束钢板(3)均为2块，2块约束钢板(3)分布于中间钢板(2)两侧，中间钢板(2)和约束钢板(3)位于上下两块钢板(1)之间，且中间钢板(2)和约束钢板(3)错位布置，即中间钢板(2)一端固定于位于上部的钢板(1)上，2块约束钢板(3)一端固定于位于下部的钢板(1)上；中间钢板(2)和约束钢板(3)上预留孔洞，中间钢板(2)和约束钢板(3)之间填充有黏弹性材料(4)，中间钢板(2)、黏弹性材料(4)和约束钢板(3)硫化后组成一体，中间钢板(2)上的预留孔洞和约束钢板(3)上的预留孔洞相互贯通，铅灌注于中间钢板(2)和约束钢板(3)上的预留孔洞中固化形成铅芯(5)，2块钢板(1)上设有螺栓孔(6)，通过螺栓和上下框架梁连接作为耗能型剪力墙；在竖向荷载、风荷载和小震下，铅芯(5)不屈服，耗能型剪力墙只提供刚度；在中震和大震下，铅芯屈服，铅芯同时提供刚度和阻尼，黏弹性材料提供阻尼。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料耗能型剪力墙，其特征在于：黏弹性材料(4)为具高耗能特性的黏弹性材料。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料耗能型剪力墙，其特征在于：铅芯(5)为固体铅材料。