CN105756236B - 柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架‑钢板剪力墙结构 - Google Patents
柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架‑钢板剪力墙结构 Download PDFInfo
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- E04B2/58—Load-bearing walls of framework or pillarwork; Walls incorporating load-bearing elongated members with elongated members of metal
Abstract
本发明公开了一种柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架‑钢板剪力墙结构，包括内填钢板墙、柱H型钢、梁H型钢、第一钢丝、第二钢丝、若干第一钢套管及若干第二钢套管，柱H型钢固定于内填钢板墙的侧面，梁H型钢固定于内填钢板墙的顶面。本发明能够有效的减少柱翼缘的局部屈曲，保证柱子的承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种剪力墙结构，具体涉及一种柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构。
背景技术
钢板剪力墙结构是在薄腹梁理论研究基础上演变和发展起来的一种以钢框架内嵌钢板为基本结构单元的新型抗侧力体系。钢板剪力墙具有以下良好的优越性能：①初始侧向刚度大，滞回性能稳定，能量耗散能力强，延性大，抵抗循环荷载下的变形能力好等优点。②对于钢框架—钢筋混凝土核芯筒结构，如核心筒改为钢板墙结构，可显著改善其刚度和延性，实现与外框架材料、延性、刚度的匹配，达到双重设防的目的。同时由于其和钢筋混凝土剪力墙相比自重轻，地震作用小，从而传递到基础的竖向和水平荷载减小，降低了基础造价。③钢板墙中内嵌钢板的设置可缓解框架梁柱节点区的延性要求，降低了在强震作用下刚性节点的震害反应，同时可简化节点构造，使得采用半刚性节点成为可能。④钢板墙内嵌钢板较薄，高厚比可达250～500，可增加房屋有效使用面积。⑤钢板墙结构施工简单，建造速度快，在国内外已经得到较广泛的应用。但是研究发现钢板剪力墙结构的受力机理为内填板充分发育拉力场，框架柱将承担较大附加横向荷载，如果钢框架柱刚度不足，框架柱在拉力带作用下有明显的“内凹变形”。过大的“内凹变形”使钢板墙中部应力降低，而靠近柱端的应力增加，最终在柱端部形成塑性铰，框架柱局部屈曲严重，内侧翼缘最为严重，框架柱变形呈现出明显的“沙漏”形状，会导致其过早破坏，不能充分发挥钢板剪力墙结构的优势。
钢与混凝土部分组合结构柱由H型钢及其翼缘和腹板之间填筑的混凝土组成，应用于钢板剪力墙结构，作为钢板剪力墙结构的边框柱可提高结构承载力，其承担钢板剪力墙结构对边框柱的附加弯矩作用改善翼缘的屈曲性能。钢与混凝土部分组合框架—钢板剪力墙新结构是一种全新的双重设防、施工简单、延性良好、高效利用材料、满足“强边框，弱墙板”要求的结构形式，其利用混凝土的附加刚度作用使框架柱作为钢板墙的强锚固端，利用约束混凝土的抗压性能和钢柱共同抵抗轴压影响，利用系杆及连接件使得边框柱两种材料成为整体，从而避免柱壁分离鼓曲、改善受拉性能差以及与钢筋混凝土结构延性匹配差等缺点，形成一种适用于高烈度地震区的新型结构体系。
通过对钢与混凝土部分组合框架—钢板剪力墙结构的研究发现，存在以下问题：(1)钢与混凝土部分组合结构柱中普通横向系杆的连接中，由于横向连接系杆点焊在翼缘内侧，在点焊处会产生较大的残余应力和残余变形，焊缝较易开裂，可能导致横向系杆提前退出工作。(2)当横向系杆与翼缘连接牢靠时，由于点焊对翼缘的约束范围有限，结构中钢与混凝土部分组合柱的破坏首先是H型钢的横向连接系杆间翼缘发生局部屈曲，内侧翼缘较为严重，在用钢量一定的情况下简单的横向系杆连接形式不能有效的约束翼缘的局部屈曲。(3)当翼缘发生局部屈曲后，翼缘对混凝土的约束能力减弱，混凝土将承受较大的应力被压碎。钢与混凝土部分组合柱提前破坏，失去了钢板剪力墙结构的强锚固边框的作用，钢与混凝土部分组合框架退化为钢框架，整体结构可能无法承担更大的荷载，限制了其在工程中得推广应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，该结构将能有效的减少翼缘的局部屈曲，解决点焊易于脱离的问题，能够有效传递内填板拉力，同时型钢对混凝土的约束能力较强，整体结构的承载力较高。
为达到上述目的，本发明所述的柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构包括内填钢板墙、柱H型钢、梁H型钢、第一钢丝、第二钢丝、若干第一钢套管及若干第二钢套管，柱H型钢固定于内填钢板墙的侧面、梁H型钢固定于内填钢板墙的顶面；
柱H型钢由第一翼缘、第二翼缘及腹板组成，其中，腹板的两端分别与第一翼缘侧面的中部及第二翼缘侧面的中部相连接；
第一翼缘上均开设有若干N对第一通孔，第二翼缘上均开设有若干N对第二通孔，第一翼缘的两端分别开设有第三通孔及第四通孔，第二翼缘的两端分别开设有第五通孔及第六通孔，各第一钢套管的两端分别与第一翼缘的下表面及第二翼缘的上表面相连接，各第二钢套管的两端分别与第一翼缘的下表面及第二翼缘的上表面相连接；
第一个第一钢套管的一端正对第三通孔，第一个第一钢套管的另一端正对第一对第二通孔中一个第二通孔，第k个第一钢套管的两端分别正对第k-1对第二通孔中一个第二通孔及第k对第一通孔中的一个第一通孔，第j个第一钢套管的两端分别正对第j-1对第一通孔中的一个第一通孔及第j对第二通孔中的一个第二通孔，其中，k为偶数，j为奇数，其中2≤k＜N，1＜j＜N，最后一个第一钢套管两端分别正对最后一对第二通孔中的一个第二通孔及第四通孔；
第一个第二钢套管的两端分别正对第五通孔及第一对第一通孔中的一个第一通孔，第a个第二钢套管的两端分别正对第a-1对第一通孔中的一个第一通孔及第a对第二通孔中的一个第二通孔，第b个第二钢套管的两端分别正对第b-1对第二通孔中的一个第二通孔及第b对第一通孔中的一个第一通孔，最后一个第二钢套管的两端分别正对最后一对第一通孔中的一个第一通孔及第六通孔，其中a为偶数，b为奇数，且2≤a＜N，1＜b＜N；
第一钢丝的一端穿过第三通孔固定于第一翼缘的上表面上，第一钢丝的另一端依次穿过各第一钢套管以及其正对的第一通孔及第二通孔后穿出第四通孔固定于第一翼缘的上表面；
第二钢丝的一端穿过第五通孔固定于第二翼缘的下表面上，第二钢丝的另一端依次穿过各第二钢套管以及其正对的第一通孔及第二通孔穿出第六通孔固定于第二翼缘的下表面上；
第一翼缘与第二翼缘之间填充有混凝土，各第一钢套管及第二钢套管包裹于混凝土中。
第一钢套管与第一翼缘及第二翼缘之间的夹角α均为30°-60°，第二钢套管与第一翼缘及第二翼缘之间的夹角α均为30°-60°。
L,h分别为框架的长度和高度，Ab，Ac分别是钢框架的梁柱的横截面面积。
第一钢丝与第一翼缘之间、第二钢丝与第二翼缘之间均通过锚具及垫板相连接，其中，通过锚具对第一钢丝及第二钢丝施加预拉力。
在制备时，先在第一翼缘及第二翼缘上开设第一通孔及第二通孔，安装第一钢套管及第二钢套管，再进行混凝土的浇注，待混凝土凝固后再穿入第一钢丝及第二钢丝，然后再将第一钢丝的两端固定于第一翼缘的上表面上施加预应力，将第二钢丝的两端固定于第二翼缘的下表面上施加预应力。
第一钢套管的两端分别与第一翼缘的下表面及第二翼缘的上表面有间隙。
第二钢套管的两端分别与第一翼缘的下表面及第二翼缘的上表面有间隙。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构包括柱H型钢、梁H型钢、第一钢丝、第二钢丝、第一钢套管及第二钢套管，第一钢套管及第二钢套管均与第一翼缘及第二翼缘相连接，第一钢丝穿过第一钢套管、第一翼缘及第二翼缘，第二钢丝穿过第二钢套管、第一翼缘及第二翼缘，第一钢套管及第二钢套管包裹于混凝土中，在整体结构承受往复循环荷载作用时，通过第一钢丝、第二钢丝、第一钢套管及第二钢套管对第一翼缘及第二翼缘施加较强的约束作用，使柱H型钢、混凝土、第一钢丝、第二钢丝形成一个共同工作的整体，再结合第一翼缘与第二翼缘之间的混凝土有效降低第一翼缘及第二翼缘的局部屈曲，提高柱子的承载能力及抗震滞回性能，增强柱子的延性，并且施工方便快捷，安全性及可靠性较高，同时解决点焊易于脱离的问题，预应力钢丝角度与内填板拉力场角度接近，有效传递内填板拉力，同时增加型钢对混凝土的约束能力，提高整体结构的承载力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中柱H型钢3的结构示意图。
其中，1为内填钢板墙、2为混凝土、3为柱H型钢、4为第一翼缘、5为第二翼缘、6为第一钢丝、7为第二钢丝、8为第一钢套管、9为第二钢套管、10为垫板锚具、11为锚具、12为梁H型钢。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构包括内填钢板墙1、柱H型钢3、梁H型钢12、第一钢丝6、第二钢丝7、若干第一钢套管8及若干第二钢套管9，柱H型钢3固定于内填钢板墙1的侧面，梁H型钢12固定于内填钢板墙1的顶面；柱H型钢3由第一翼缘4、第二翼缘5及腹板组成，其中，腹板的两端分别与第一翼缘4侧面的中部及第二翼缘5侧面的中部相连接；第一翼缘4上均开设有若干N对第一通孔，第二翼缘5上均开设有若干N对第二通孔，第一翼缘4的两端分别开设有第三通孔及第四通孔，第二翼缘5的两端分别开设有第五通孔及第六通孔，各第一钢套管8的两端分别与第一翼缘4的下表面及第二翼缘5的上表面相连接，各第二钢套管9的两端分别与第一翼缘4的下表面及第二翼缘5的上表面相连接；第一个第一钢套管8的一端正对第三通孔，第一个第一钢套管8的另一端正对第一对第二通孔中一个第二通孔，第k个第一钢套管8的两端分别正对第k-1对第二通孔中一个第二通孔及第k对第一通孔中的一个第一通孔，第j个第一钢套管8的两端分别正对第j-1对第一通孔中的一个第一通孔及第j对第二通孔中的一个第二通孔，其中，k为偶数，j为奇数，其中2≤k＜N，1＜j＜N，最后一个第一钢套管8两端分别正对最后一对第二通孔中的一个第二通孔及第四通孔；第一个第二钢套管9的两端分别正对第五通孔及第一对第一通孔中的一个第一通孔，第a个第二钢套管9的两端分别正对第a-1对第一通孔中的一个第一通孔及第a对第二通孔中的一个第二通孔，第b个第二钢套管9的两端分别正对第b-1对第二通孔中的一个第二通孔及第b对第一通孔中的一个第一通孔，最后一个第二钢套管9的两端分别正对最后一对第一通孔中的一个第一通孔及第六通孔，其中a为偶数，b为奇数，且2≤a＜N，1＜b＜N；第一钢丝6的一端穿过第三通孔固定于第一翼缘4的上表面上，第一钢丝6的另一端依次穿过各第一钢套管8以及其正对的第一通孔及第二通孔后穿出第四通孔固定于第一翼缘4的上表面；第二钢丝7的一端穿过第五通孔固定于第二翼缘5的下表面上，第二钢丝7的另一端依次穿过各第二钢套管9以及其正对的第一通孔及第二通孔穿出第六通孔固定于第二翼缘5的下表面上；第一翼缘4与第二翼缘5之间填充有混凝土2，各第一钢套管8及第二钢套管9包裹于混凝土2中。
其中，第一钢套管8与第一翼缘4及第二翼缘5之间的夹角α均为30°-60°，第二钢套管9与第一翼缘4及第二翼缘5之间的夹角α均为30°-60°。
L,h分别为框架的长度和高度，Ab，Ac分别是钢框架的梁柱的横截面面积。
需要说明的是，第一钢丝6与第一翼缘4之间、第二钢丝7与第二翼缘5之间均通过锚具11相连接，其中，通过锚具11对第一钢丝6及第二钢丝7施加预拉力；第一钢套管8的两端分别与第一翼缘4的下表面及第二翼缘5的上表面有间隙；第二钢套管9的两端分别与第一翼缘4的下表面及第二翼缘5的上表面有间隙。
在制备时，先在第一翼缘4及第二翼缘5上开设第一通孔及第二通孔，安装第一钢套管8及第二钢套管9，再进行混凝土2的浇注，待混凝土2凝固后再穿入第一钢丝6及第二钢丝7，然后再将第一钢丝6的两端固定于第一翼缘4的上表面上施加预应力，将第二钢丝7的两端固定于第二翼缘5的下表面上施加预应力。
本发明使柱H型钢3、混凝土2、第一钢丝6、第二钢丝7形成一个共同工作的整体，采用一种柱翼缘后张拉方法提高钢与混凝土部分组合框架的承载能力，有效减缓柱H型钢3的局部屈曲，对钢与混凝土部分组合框架—钢板剪力墙结构体系在往复循环荷载作用下的耗能能力会有较大的提高，使柱H型钢3与混凝土2组合部分的性能优势显著提高，具有广泛的应用前景。
Claims (5)
1.一种柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，其特征在于，包括内填钢板墙(1)、柱H型钢(3)、梁H型钢(12)、第一钢丝(6)、第二钢丝(7)、若干第一钢套管(8)及若干第二钢套管(9)，柱H型钢(3)固定于内填钢板墙(1)的侧面，梁H型钢(12)固定于内填钢板墙(1)的顶部；
柱H型钢(3)由第一翼缘(4)、第二翼缘(5)及腹板组成，其中，腹板的两端分别与第一翼缘(4)侧面的中部及第二翼缘(5)侧面的中部相连接；
第一翼缘(4)上均开设有若干N对第一通孔，第二翼缘(5)上均开设有若干N对第二通孔，第一翼缘(4)的两端分别开设有第三通孔及第四通孔，第二翼缘(5)的两端分别开设有第五通孔及第六通孔，各第一钢套管(8)的两端分别与第一翼缘(4)的下表面及第二翼缘(5)的上表面相连接，各第二钢套管(9)的两端分别与第一翼缘(4)的下表面及第二翼缘(5)的上表面相连接；
第一个第一钢套管(8)的一端正对第三通孔，第一个第一钢套管(8)的另一端正对第一对第二通孔中一个第二通孔，第k个第一钢套管(8)的两端分别正对第k-1对第二通孔中一个第二通孔及第k对第一通孔中的一个第一通孔，第j个第一钢套管(8)的两端分别正对第j-1对第一通孔中的一个第一通孔及第j对第二通孔中的一个第二通孔，其中，k为偶数，j为奇数，其中2≤k＜N，1＜j＜N，最后一个第一钢套管(8)两端分别正对最后一对第二通孔中的一个第二通孔及第四通孔；
第一个第二钢套管(9)的两端分别正对第五通孔及第一对第一通孔中的一个第一通孔，第a个第二钢套管(9)的两端分别正对第a-1对第一通孔中的一个第一通孔及第a对第二通孔中的一个第二通孔，第b个第二钢套管(9)的两端分别正对第b-1对第二通孔中的一个第二通孔及第b对第一通孔中的一个第一通孔，最后一个第二钢套管(9)的两端分别正对最后一对第一通孔中的一个第一通孔及第六通孔，其中a为偶数，b为奇数，且2≤a＜N，1＜b＜N；
第一钢丝(6)的一端穿过第三通孔固定于第一翼缘(4)的上表面上，第一钢丝(6)的另一端依次穿过各第一钢套管(8)以及其正对的第一通孔及第二通孔后穿出第四通孔固定于第一翼缘(4)的上表面；
第二钢丝(7)的一端穿过第五通孔固定于第二翼缘(5)的下表面上，第二钢丝(7)的另一端依次穿过各第二钢套管(9)以及其正对的第一通孔及第二通孔穿出第六通孔固定于第二翼缘(5)的下表面上；
第一翼缘(4)与第二翼缘(5)之间填充有混凝土(2)，各第一钢套管(8)及第二钢套管(9)包裹于混凝土(2)中；
第一钢套管(8)与第一翼缘(4)及第二翼缘(5)之间的夹角α均为30°-60°，第二钢套管(9)与第一翼缘(4)及第二翼缘(5)之间的夹角α均为30°-60°；
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L,h分别为框架的长度和高度，Ab，Ac分别是钢框架的梁柱的横截面面积，tp为内填钢板墙的厚度，NR为沿层高均匀分布的横向撑杆数量，AR为横向撑杆横截面面积，Ic为框架柱截面惯性矩。
2.根据权利要求1所述的柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，其特征在于，第一钢丝(6)与第一翼缘(4)之间、第二钢丝(7)与第二翼缘(5)之间均通过锚具(11)及垫板(10)相连接，其中，通过锚具(11)对第一钢丝(6)及第二钢丝(7)施加预拉力。
3.根据权利要求1所述的柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，其特征在于，在制备时，先在第一翼缘(4)及第二翼缘(5)上开设第一通孔及第二通孔，安装第一钢套管(8)及第二钢套管(9)，再进行混凝土(2)的浇注，待混凝土(2)凝固后再穿入第一钢丝(6)及第二钢丝(7)，然后再将第一钢丝(6)的两端固定于第一翼缘(4)的上表面上施加预应力，将第二钢丝(7)的两端固定于第二翼缘(5)的下表面上施加预应力。
4.根据权利要求1所述的柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，其特征在于，第一钢套管(8)的两端分别与第一翼缘(4)的下表面及第二翼缘(5)的上表面有间隙。
5.根据权利要求1所述的柱翼缘后张拉钢与混凝土部分组合框架-钢板剪力墙结构，其特征在于，第二钢套管(9)的两端分别与第一翼缘(4)的下表面及第二翼缘(5)的上表面有间隙。
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