CN105569266A - 一种混凝土组合连梁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土组合连梁，包括至少一个连梁构件，连梁构件包括混凝土梁和FRP管，混凝土梁包括复数根植入钢筋，FRP管包裹在混凝土梁的外周，对混凝土梁提供环向约束。本发明的混凝土组合连梁不易发生脆性剪切破坏、抗震性能优越，而且具有良好的耐久性，也是预制连梁的理想选择。
Description
[技术领域]
本发明涉及连梁，尤其涉及一种混凝土组合连梁。
[背景技术]
连梁是指在剪力墙结构和框架—剪力墙结构中，连接墙肢与墙肢，在墙肢平面内相连的梁。连梁一般具有跨度小、截面大，与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。
一般情况下普通钢筋混凝土连梁配筋方式和普通钢筋混凝土梁相似，但因为连梁的受力模式与普通梁有明显区别，所以普通配筋方式还是有一定局限性。工程上为了改善连梁抗震性能和提高连梁剪压比限制，常用的方案就是改变其配筋模式，如对角暗柱配筋、菱形配筋、简单对角斜配筋、交叉斜配筋等方案。
普通连梁或者双连梁的破坏形式如图11所示，分为3种情况：
a.弯曲滑移型破坏：当试件名义剪压比很低时，会先产生一条角度很小的斜裂缝，几乎没有其他斜裂缝产生(产生了也不会充分开展)。随着加载位移的不断增大，梁端的弯曲裂缝不断扩展。接近破坏时，端块和梁沿着这条裂缝发生明显的错动，裂缝附近混凝土酥裂脱落，纵筋的梢栓作用提供了主要的抗剪能力，纵筋成“Z”形，试件刚度退化，滞回曲线呈向原点捏拢状，承载能力一直保持并略有上升，最后发生平面外失稳破坏；
b.弯曲剪切型破坏；
c.剪切型破坏。
钢筋混凝土双连梁形式是对钢筋混凝土单连梁形式的优化，将单连梁分解成上、下相隔一定间距的具有一定协同功能的两个连梁，是改善连梁抗震性能方案中一种较为简单的方式，与普通单连梁相比，最明显的优势是能够更好降低连梁内力，且双连梁可以通过设置两个单梁之间的间距，便于管道线路的布置。
国外有人提出将型钢或钢板嵌入于连梁中，型钢或钢板伸入墙肢部分采用剪力钉加强锚固，利用了钢材料较好的变形性能，一定程度提高了连梁抗震性能；但通过已有的试验结果表明，就滞回曲线来看，其滞回性能和延性改善都是非常有限的，尤其对抗震性能的改善不是够理想。
申请号为CN201310270761.4的发明公开了一种外包钢板-混凝土组合连梁，该连梁由外包钢板、内填混凝土和抗剪连接件组成。所述的外包钢板包括钢腹板和钢翼缘两部分。所述的抗剪连接件用于增强外包钢板和内填混凝土的协同工作能力，同时延缓外包钢板发生局部屈曲。连梁的上部钢翼缘在浇筑混凝土前开有施工孔，混凝土浇筑完成后用与施工孔大小相同的钢板将施工孔密封，并将密封钢板与周围钢板焊接成一体。所述的外包钢板-混凝土组合连梁可用于连接钢筋混凝土剪力墙和外包钢板-混凝土组合剪力墙。该发明具有较好的延性和耗能能力，相对普通连梁抗震性能有了一定程度的提高，但是，为了追求更好的抗震和承载力，外包钢板延伸到了墙肢，用钢量很大，造价不菲；如果连梁上的外包钢板和墙肢上的钢板不采用整体板的方式，抗震性能提高幅度非常有限。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种不易发生脆性剪切破坏、抗震性能好，造价较低的混凝土组合连梁。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种混凝土组合连梁，包括至少一个连梁构件，连梁构件包括混凝土梁和FRP管，混凝土梁包括复数根植入钢筋，FRP管包裹在混凝土梁的外周，对混凝土梁提供环向约束。
以上所述的混凝土组合连梁，混凝土梁包括至少一根中心钢管，中心钢管布置在混凝土梁的中部。所述的植入钢筋布置在中心钢管的四周。
以上所述的混凝土组合连梁，中心钢管为中空管。
以上所述的混凝土组合连梁，混凝土梁的高度明显大于宽度，混凝土梁包括复数根中心钢管，复数根中心钢管沿混凝土梁的高度方向分开布置。
以上所述的混凝土组合连梁，所述的FRP管为预制成型的FRP管或用湿沾法环形包裹在混凝土梁外周的FRP布。
以上所述的混凝土组合连梁，所述的混凝土组合连梁是双连梁，包括两个所述的连梁构件，两个所述的连梁构件一上地下、平行布置。
以上所述的混凝土组合连梁，所述的FRP管为预制成型的FRP管，将FRP管作为混凝土梁浇筑的模板，在作为模板的FRP管中将钢管和植入钢筋定好位后，在钢管与FRP管之间的夹层中灌入混凝土制成连梁构件。
以上所述的混凝土组合连梁，在模板中将钢管和植入钢筋定好位后，灌入混凝土制成所述的混凝土梁；当混凝土梁达到预定的强度后，在混凝土梁的外周包裹FRP布，FRP布环绕在混凝土梁形成所述的FRP管，制成连梁构件。
以上所述的混凝土组合连梁，连梁构件端部植入钢筋伸入墙肢锚固长度大于中心钢管伸入墙肢的长度，中心钢管伸入墙肢的长度大于FRP管伸入墙肢的长度。
以上所述的混凝土组合连梁，中心钢管伸入墙肢的部分包括复数个剪力钉。
本发明的的混凝土组合连梁不易发生脆性剪切破坏、抗震性能好，而且造价较低，具有优越的耐久性。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例1混凝土组合连梁的横剖面图。
图2是本发明实施例2混凝土组合连梁的横剖面图。
图3是本发明实施例3混凝土组合连梁的横剖面图。
图4是本发明实施例4混凝土组合连梁的横剖面图。
图5是本发明实施例5混凝土组合连梁的横剖面图。
图6是本发明实施例6混凝土组合连梁与墙肢连接的节点图。
图7是本发明实施例6单洞口连梁的结构示意图。
图8是本发明实施例7混凝土组合连梁与墙肢连接的节点图。
图9是本发明实施例7双洞口双连梁的结构示意图。
图10是本发明实施例4混凝土组合连梁的滞回曲线图。
图11是本发明实施例混凝土组合连梁破坏形式示意图。
在图11中，图11a为弯曲滑移型破坏示意图；图11b为弯曲剪切型破坏示意图；图11c为剪切型破坏示意图。
[具体实施方式]
本发明实施例1混凝土组合连梁的结构如图1所示，本实施例的连梁为单连梁，只有一个连梁构件。
连梁构件由混凝土梁1和外部FRP管3组合而成，混凝土梁1中根据结构受力要求，布置有多根植入钢筋101。
FRP管3可以是方形、矩形、圆形或椭圆形，FRP管3包裹在混凝土梁1的外周，对混凝土梁1提供环向约束，增加混凝土力学性能。
为提升FRP管3对混凝土梁1的环向约束效果，可进一步对FRP管3植入铆钉/锚固装置。
FRP管3可以是预制成型的FRP管，也可以是用湿沾法环形包裹在混凝土梁外周的FRP布形成的管状体。
本发明实施例2混凝土组合连梁的结构如图2所示，本实施例的连梁同样单连梁，只有一个连梁构件。
与实施例1不同的是，混凝土梁1有一根中空的中心钢管102，中心钢管102布置在混凝土梁1的中部。植入钢筋101布置在中心钢管102的四周。
中心钢管102可以是方形、矩形、圆形或椭圆形，在本实施例中，混凝土梁1的高度明显大于宽度，中心钢管102同样采用高度明显大于宽度的扁管。
本发明实施例3混凝土组合连梁的结构如图3所示，与实施例2相同的是，混凝土梁1的高度明显大于宽度；与实施例2相同的是，混凝土梁1采用了多根圆形的中心钢管102，多根中心钢管102沿混凝土梁1的高度方向分开布置，多根植入钢筋101按环形布置在多根中心钢管102组合体的周边。
实施例2和3所示组合连梁的力学性能优越，钢管的向外变形被混凝土及FRP管有效约束，而外层的FRP管包含环向纤维，不存在屈曲问题。外层的FRP管和内层的钢管对夹层混凝土起约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高核心混凝土的抗压强度和变形能力，并且提高构件的整体延性。
本发明实施例4混凝土组合连梁的结构如图4所示，本实施例的连梁是FRP管-钢筋混凝土组合双连梁，由两个连梁构件组成，两个连梁构件一上地下、平行布置。
两个连梁构件均由外部FRP管3和混凝土梁1构成，每根混凝土梁1中布置有多根植入钢筋101。
其外部FRP管3可以是矩形FRP管、圆形FRP管。FRP管对内部混凝土提供环向约束，增强轻质混凝土抗压性能。内部轻质混凝土由于被耐腐蚀的FRP管包裹起来，能够优化其耐久性。
本发明实施例5混凝土组合连梁的结构如图5所示，与实施例4相同的是，它由两个上下布置，相互平行连梁构件组成；与实施例4不同的是，本实施例的连梁是FRP管-钢筋混凝土-钢管组合双连梁。连梁构件的结构与实施例2相同，混凝土梁1有一根中空的中心钢管102，中心钢管102布置在混凝土梁1的中部。植入钢筋101布置在中心钢管102的四周，中心钢管102可以是方形、矩形、圆形或椭圆形。
这种组合连梁的力学性能优越，钢管的向外变形被混凝土及FRP管有效约束，而外层的FRP管包含环向纤维，不存在屈曲问题。外层的FRP管和内层的钢管对夹层混凝土起约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高核心混凝土的抗压强度和变形能力，并且提高构件的整体延性。
图10是本发明实施例5的组合连梁的滞回曲线，试验模拟实际工况受力，通过拟静力试验得出。加载方向转变时滞回圈的捏缩严重程度是试件耗能性能好坏的重要反映，从曲线可以看出，到后期滞回曲线呈虽呈反“S”型，但并未出现沿梁端贯通垂直裂缝的滑移剪切失效的滞回形状，卸载时并未发现有较大滑移变形现象，所围成的滞回圈形状相对较为饱满，面积大，捏缩现象较轻，可以证明FRP管-钢筋混凝土-钢管组合双连梁滞回性能优异，耗能性能和延性均有大幅度提升，承载力也能满足一定要求，并且能提高构件的延性。
所以，本实施例混凝土组合连梁不会发生脆性的剪切破坏，最终破坏形态是类似图11a所示的弯曲型破坏。
本发明实施例1至4的混凝土组合连梁的可以采用预制或者现浇的方法施工，鉴于FRP管是环形包裹混凝土，采用工厂预制的方法施工最佳，在工厂加工好后，再进行现场拼接。
1)若构件外层采用现成的FRP管，将FRP管3作为混凝土梁1浇筑的模板，在作为模板的FRP管3中将钢管102和植入钢筋定好位后，在钢管102与FRP管3之间的夹层中灌入混凝土制成连梁构件。
2)若采用湿沾法环形包裹FRP布，则需要在模板中将钢管102和植入钢筋定好位后，灌入混凝土制成混凝土梁1。当混凝土梁1达到预定的强度后，在混凝土梁1的外周包裹FRP布，FRP布环绕在混凝土梁1形成FRP管3，制成连梁构件。
本发明实施例6和实施例7连梁与墙肢的连接关系如图6至图9所示，
连梁构件100端部植入钢筋101伸入墙肢200锚固长度La大于中心钢管102伸入墙肢200的长度Lb，中心钢管102伸入墙肢200的长度大Lb于FRP管3伸入墙肢200的长度Lc。端部墙肢较短时，钢筋101端部采用弯钩形式，
钢管102伸入墙肢的部分可以植入剪力钉103加强锚固,且伸入墙肢部分管中可填充混凝土，(填充时用木方堵塞连梁与墙肢的交界处，防止混凝土浇筑时混凝土流入连梁部分，保持梁中钢管空心),FRP管3伸入墙肢一小段距离即可。
本发明以上实施例混凝土组合连梁的外围添加FRP管后，力学性能得到改进，钢管的向外变形被混凝土及FRP管有效约束，外层的FRP管包含环向纤维，不存在屈曲问题。外层的FRP管和内层的钢管对夹层混凝土起到约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高核心混凝土的抗压强度和变形能力，增加了构件抗剪强度。
Claims (10)
1.一种混凝土组合连梁，包括至少一个连梁构件，连梁构件包括混凝土梁，混凝土梁包括复数根植入钢筋，其特征在于，所述的连梁构件包括FRP管，FRP管包裹在混凝土梁的外周，对混凝土梁提供环向约束。
2.根据权利要求1所述的混凝土组合连梁，其特征在于，混凝土梁包括至少一根中心钢管，中心钢管布置在混凝土梁的中部；所述的植入钢筋布置在中心钢管的四周。
3.根据权利要求2所述的混凝土组合连梁，其特征在于，中心钢管为中空管。
4.根据权利要求2所述的混凝土组合连梁，其特征在于，混凝土梁的高度明显大于宽度，混凝土梁包括复数根中心钢管，复数根中心钢管沿混凝土梁的高度方向分开布置。
5.根据权利要求1所述的混凝土组合连梁，其特征在于，所述的FRP管为预制成型的FRP管或用湿沾法环形包裹在混凝土梁外周的FRP布。
6.根据权利要求1所述的混凝土组合连梁，其特征在于，所述的混凝土组合连梁是双连梁，包括两个所述的连梁构件，两个所述的连梁构件一上地下、平行布置。
7.根据权利要求2所述的混凝土组合连梁，其特征在于，所述的FRP管为预制成型的FRP管，将FRP管作为混凝土梁浇筑的模板，在作为模板的FRP管中将钢管和植入钢筋定好位后，在钢管与FRP管之间的夹层中灌入混凝土制成连梁构件。
8.根据权利要求2所述的混凝土组合连梁，其特征在于，在模板中将钢管和植入钢筋定好位后，灌入混凝土制成所述的混凝土梁；当混凝土梁达到预定的强度后，在混凝土梁的外周包裹FRP布，FRP布环绕在混凝土梁形成所述的FRP管，制成连梁构件。
9.根据权利要求2所述的混凝土组合连梁，其特征在于，连梁构件端部植入钢筋伸入墙肢锚固长度大于中心钢管伸入墙肢的长度，中心钢管伸入墙肢的长度大于FRP管伸入墙肢的长度。
10.根据权利要求9所述的混凝土组合连梁，其特征在于，中心钢管伸入墙肢的部分包括复数个剪力钉。
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