CN104234266A - 预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙 - Google Patents

Abstract

预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，它涉及土木工程领域一种新型耗能、屈曲抑制薄钢板剪力墙及其施工方法。本发明为了解决传统的薄钢板剪力墙屈曲抑制方式会劣化内填钢板的受力性能的技术问题。它由预应力索网、预应力索网锚固构件、内填钢板及其边缘约束构件组成。本发明制作简单、工厂化程度较高，现场仅需螺栓连接，施工方便、快捷；通过调节预应力索内的预紧力可方便的调节屈曲约束构件的面外约束刚度；该类薄钢板剪力墙受力合理，具有足够的刚度和承载力以及良好的延性和耗能能力，是在工程结构抗震、抗风领域中一类理想的抗侧、耗能构件。

Description

预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙

技术领域

本发明涉及土木工程领域一种新型耗能、屈曲抑制薄钢板剪力墙及其施工方法。

背景技术

在工程结构抗震及抗风领域，最基本的设计思想之一是通过设置多道“防线”抵抗地震或风等水平力作用并消耗其输入的能量，保护结构主体免受损坏。因此获得能够提供足够的刚度和承载力，具有良好的延性、耗能能力且易于更换的抗侧力构件是研究领域的重点和热点问题。

薄钢板剪力墙是一种由内填钢板及其边缘约束构件组成的抗侧力体系。该类剪力墙受力机理明确，具有足够的刚度、承载力以及良好的延性和耗能能力，减振效果显著；作为结构的抗侧和耗能构件，既可用于新建结构的抗震及抗风设计，也可用于旧有结构的抗震及抗风加固修复。

薄钢板剪力墙的宽厚比λ较大(λ>100)，在较低的水平荷载作用下，内填钢板即发生剪切屈曲，并通过屈曲后形成的一系列相互平行的单斜拉力带抵抗水平荷载。在地震、风等往复水平荷载作用下，内填钢板过早的剪切屈曲使得其在受力的过程中将产生较大的面外变形，表征其耗能能力的滞回曲线也将出现明显的捏缩现象；当荷载降至零点附近，内填钢板屈曲波形变换时所带来的巨大响声也影响建筑结构，尤其是住宅的舒适度。

为抑制薄钢板剪力墙的屈曲，常用的构造是在内填钢板两侧设置焊接加劲肋或混凝土盖板以抑制内填钢板的屈曲。对于焊接加劲肋，当内填钢板较薄时，施焊起来容易“烧穿”钢板，且大量焊接部位不可避免地存在裂纹、夹杂等缺陷，在往复荷载作用下，裂纹易迅速扩展并很快发生脆性断裂，降低了钢板剪力墙的延性；另外，焊接产生的残余应力和面外变形也将影响到钢板剪力墙的力学性能，特别是对其抗侧刚度的削弱较大。对于混凝土盖板，为有效地约束内填钢板的面外变形，对盖板的最小厚度有一定的要求，使得盖板的质量一般较大，而这种附加质量在内填钢板内形成的压应力，对钢板尤其是较薄钢板的受力性能有一定的劣化作用。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的薄钢板剪力墙屈曲抑制方式会劣化内填钢板的受力性能的技术问题，提供了一种预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙。

预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，它由预应力索网、预应力索网锚固构件、内填钢板及其边缘约束构件组成，边缘约束构件包括水平边缘约束构件和竖向边缘约束构件，预应力索网与预应力索网锚固构件组成屈曲抑制构件，屈曲抑制构件设置在内填钢板的两侧；当为四边连接薄钢板剪力墙时，内填钢板通过鱼尾板和高强螺栓与其水平边缘约束构件和竖向边缘约束构件连接；当为两边连接薄钢板剪力墙时，内填钢板通过焊接与竖向边缘约束构件连接，再通过鱼尾板和高强螺栓与水平边缘约束构件连接；内填钢板通过在其上开设的螺栓孔以及长杆螺栓与两侧的屈曲抑制构件串连。在内填钢板上开设的螺栓孔是保证内填钢板和屈曲抑制构件在较大水平荷载作用下也能相对滑动的大螺栓孔。

所述预应力索网1为十字交叉索网、斜向交叉索网、竖向平行索网、水平平行索网或者斜向平行索网。

所述预应力索网锚固构件2的截面类型可为方钢管、圆钢管、单角钢、组合角钢或者T型钢。

所述预应力索网锚固构件2的构件布置形式可为单矩形框或者多矩形框。

所述在内填钢板4上开设的螺栓孔10是保证内填钢板4和屈曲抑制构件3在较大水平荷载作用下也能相对滑动的大螺栓孔，以防止屈曲抑制构件3因参与抵抗面内水平荷载而过早破坏。

所述长杆螺栓9可在内填钢板4上开设的螺栓孔10内滑动，从而带动屈曲抑制构件3相对内填钢板4滑动。

所述通过屈曲抑制构件3与内填钢板4间留有一定间隙或在屈曲抑制构件3上敷设无粘结材料，以消除两者间摩擦力的影响，防止屈曲抑制构件3因参与抵抗面内水平荷载而过早破坏。

所述屈曲抑制构件3与水平边缘约束构件5以及竖向边缘约束构件6间留有间隙，以保证在大震或强风作用时两者不发生碰撞。

所述水平边缘约束构件5对于四边连接薄钢板剪力墙和两边连接薄钢板剪力墙均为内填钢板上下两侧的框架梁。

所述竖向边缘约束构件6对于四边连接薄钢板剪力墙和两边连接薄钢板剪力墙分别为内填钢板左右两侧的框架柱和加劲肋。在上述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙中，所述剪力墙所需配件均可工厂化生产，施工现场采用螺栓装配式连接，灾后可通过仅更换失效的内填钢板，实现结构的快速灾后修复。

在上述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙中，所述由预应力索网及其锚固构件组成的屈曲抑制构件在地震、风等水平往复荷载作用下可限制内填钢板的面外变形，使其在往复水平荷载作用下具有良好的延性以及耗能能力，可保护结构主体免受损坏。

在上述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙中，所述屈曲抑制构件所能提供的面外刚度可通过预应力索网及其锚固构件的布置形式和初始索力的大小进行调节，且在进行刚度调节时，其对内填钢板产生的附加重量变化不大。

本发明制作简单、工厂化程度较高，现场仅需螺栓连接，施工方便、快捷；通过调节预应力索内的预紧力可方便的调节屈曲约束构件的面外约束刚度；该类薄钢板剪力墙受力合理，具有足够的刚度和承载力以及良好的延性和耗能能力，是在工程结构抗震、抗风领域中一类理想的抗侧、耗能构件。

本发明的有益效果是：

1、本发明中剪切屈曲受到抑制的内填钢板具有良好的耗能能力，作为结构的抗侧和耗能构件可参与抵抗地震、风等水平往复荷载并消耗其输入的能量，有效地保护结构主体免受损坏。

2、采用预应力索网抑制内填钢板的屈曲，可根据需要改变预应力索网及其锚固构件的布置形式和初始索力的大小以实现对屈曲抑制构件的面外刚度进行调节，因此屈曲抑制构件的重量较轻，其附加质量对内填钢板受力性能的影响较小。

3、轻型屈曲抑制构件的使用，有利于防屈曲钢板剪力墙的设计概念在更薄的内填钢板中推广应用。

4、屈曲抑制构件与内填钢板在施工现场通过普通长杆螺栓连接，不仅有效地避免了焊接过程对内填钢板的不利影响，还可方便构件的运输。

5、本发明所需各配件在工厂预制，施工现场仅用螺栓连接，不需焊接，降低了施工难度便于施工质量控制。

6、强震或强风过后，通过仅更换失效的内填钢板，可实现结构的快速修复。

7、预应力索网抑制内填钢板屈曲的构造即可用于四边连接薄钢板剪力墙又可用于两边连接薄钢板剪力墙。

附图说明

图1是实验一中四边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙的构件拆分图；

图2是实验二中两边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙的构件拆分图；

图3是本发明预应力索网1为十字交叉索网的示意图；

图4是本发明预应力索网1为斜向交叉索网的示意图；

图5是本发明预应力索网1为竖向平行索网的示意图；

图6是本发明预应力索网1为水平平行索网的示意图；

图7是本发明预应力索网1为斜向平行索网的示意图；

图8是实验一中没有带屈曲抑制构件3的四边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙的示意图；

图9是实验二中没有带屈曲抑制构件3的两边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙的示意图；

图10是实验一中安装完成的四边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙的示意图；

图11是实验二中安装完成的两边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙的示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，它由预应力索网1、预应力索网锚固构件2、内填钢板4及其边缘约束构件组成，边缘约束构件包括水平边缘约束构件5和竖向边缘约束构件6，预应力索网1与预应力索网锚固构件2组成屈曲抑制构件3，屈曲抑制构件3设置在内填钢板4的两侧；当为四边连接薄钢板剪力墙时，内填钢板4在施工现场通过鱼尾板7和高强螺栓8与其水平边缘约束构件5和竖向边缘约束构件6连接；当为两边连接薄钢板剪力墙时，内填钢板4通过工厂焊接与竖向边缘约束构件6连接，再在施工现场通过鱼尾板7和高强螺栓8与水平边缘约束构件5连接；内填钢板4通过在其上开设的螺栓孔10以及长杆螺栓9与两侧的屈曲抑制构件3串连。

本发明的制作工艺如下：在工厂加工时，根据内填钢板4的高宽比及宽厚比确定屈曲抑制构件3所需提供的最小面外刚度；根据该最小面外刚度，选定屈曲抑制构件3的索网1及锚固构件2的布置形式和预应力索的设计张拉力；通过张拉设备对预应力索网1进行张拉并锚固在其锚固构件2上；如采用无粘结材料实现屈曲抑制构件3与内填钢板4之间的相对滑动，则在屈曲抑制构件3上敷设无粘结材料层；在内填钢板4上还需根据其与屈曲抑制构件3的连接位置开设大螺栓孔10；如为两边连接薄钢板剪力墙，需在工厂完成内填钢板4与其竖向边缘约束构件6的焊接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述十字交叉索网、斜向交叉索网、竖向平行索网、水平平行索网或者斜向平行索网。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是所述预应力索网锚固构件2为方管、圆管、单角钢、组合角钢或者T型钢。其它与具体实施方式一或二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述预应力索网锚固构件2的构件布置形式为单矩形框或者多矩形框。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是所述屈曲抑制构件3与内填钢板4间留有间隙或在屈曲抑制构件3上敷设无粘结材料。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所述长杆螺栓9可在内填钢板4上开设的螺栓孔10内滑动，从而带动屈曲抑制构件3相对内填钢板4滑动。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是所述屈曲抑制构件3与水平边缘约束构件5以及竖向边缘约束构件6间留有间隙。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是所述水平边缘约束构件5对于四边连接薄钢板剪力墙和两边连接薄钢板剪力墙均为内填钢板4上、下两侧的框架梁。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是所述竖向边缘约束构件6对于四边连接薄钢板剪力墙和两边连接薄钢板剪力墙分别为内填钢板4左右两侧的框架柱和加劲肋。其它与具体实施方式一至八之一相同。

采用下述实验验证本发明方法：

实验一：

四边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，它由预应力索网1、预应力索网锚固构件2、内填钢板4及其边缘约束构件，包括水平边缘约束构件5和竖向边缘约束构件6，组成。

预应力索网1与预应力索网锚固构件2组成屈曲抑制构件3，屈曲抑制构件3设置在内填钢板4的两侧；内填钢板4在施工现场通过鱼尾板7和高强螺栓8分别与其水平边缘约束构件5和竖向边缘约束构件6连接；内填钢板4上设有螺栓孔10，内填钢板4与其两侧的屈曲抑制构件3在螺栓孔10处通过长杆螺栓9串连。

所述水平边缘约束构件5为框架梁，所述竖向边缘约束构件6为框架柱。

实验二：

两边连接预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，它由预应力索网1、预应力索网锚固构件2、内填钢板4及其边缘约束构件，包括水平边缘约束构件5和竖向边缘约束构件6，组成。

预应力索网1与预应力索网锚固构件2组成屈曲抑制构件3，屈曲抑制构件3设置在内填钢板4的两侧；内填钢板4在工厂通过焊缝与其竖向边缘约束构件6连接，在施工现场通过鱼尾板7和高强螺栓8与其水平边缘约束构件5连接；内填钢板4上设有螺栓孔10，内填钢板4与其两侧的屈曲抑制构件3在螺栓孔10处通过长杆螺栓9串连。

所述水平边缘约束构件5为框架梁，所述竖向边缘约束构件6为内填钢板4两侧的加劲肋。

Claims (9)

1.预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，它由预应力索网(1)、预应力索网锚固构件(2)、内填钢板(4)及其边缘约束构件组成，边缘约束构件包括水平边缘约束构件(5)和竖向边缘约束构件(6)，其特征在于：

预应力索网(1)与预应力索网锚固构件(2)组成屈曲抑制构件(3)，屈曲抑制构件(3)设置在内填钢板(4)的两侧；当为四边连接薄钢板剪力墙时，内填钢板(4)通过鱼尾板(7)和高强螺栓(8)与其水平边缘约束构件(5)和竖向边缘约束构件(6)连接；当为两边连接薄钢板剪力墙时，内填钢板(4)通过焊接与竖向边缘约束构件(6)连接，再通过鱼尾板(7)和高强螺栓(8)与水平边缘约束构件(5)连接；内填钢板(4)通过在其上开设的螺栓孔(10)以及长杆螺栓(9)与两侧的屈曲抑制构件(3)串连。

2.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述预应力索网(1)为十字交叉索网、斜向交叉索网、竖向平行索网、水平平行索网或者斜向平行索网。

3.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述预应力索网锚固构件(2)为方管、圆管、单角钢、组合角钢或T型钢。

4.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述预应力索网锚固构件(2)的构件布置形式为单矩形框或者多矩形框。

5.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述屈曲抑制构件(3)与内填钢板(4)间留有间隙或在屈曲抑制构件(3)上敷设无粘结材料。

6.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述长杆螺栓(9)可在内填钢板(4)上开设的螺栓孔(10)内滑动，从而带动屈曲抑制构件(3)相对内填钢板(4)滑动。

7.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述屈曲抑制构件(3)与水平边缘约束构件(5)以及竖向边缘约束构件(6)间留有间隙。

8.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述水平边缘约束构件(5)对于四边连接薄钢板剪力墙和两边连接薄钢板剪力墙均为内填钢板(4)上、下两侧的框架梁。

9.根据权利要求1所述预应力索网抑制屈曲薄钢板剪力墙，其特征在于所述竖向边缘约束构件(6)对于四边连接薄钢板剪力墙和两边连接薄钢板剪力墙分别为内填钢板(4)左右两侧的框架柱和加劲肋。