CN108442569A - 一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙及其建造方法，包括钢筋混凝土剪力墙墙体及其中设置的普通竖向分布钢筋和普通水平向分布钢筋，高强筋材竖向设置在剪力墙左、右两侧；四个阻尼器按X型交叉方式设置在由普通竖向分布钢筋和普通水平向分布钢筋组成的前、后两排钢筋网之间，四个阻尼器端部带铰链孔的圆柱形活塞杆则通过活动铰链和菱形钢板连杆连接到一起，菱形连杆设置在挖有凹槽的菱形连杆保护壳内部，菱形连杆保护壳与阻尼器的连接法兰相连，钢绞线一端与圆柱形活塞杆连接，钢绞线和活塞杆的外部设置金属波纹管，钢绞线另一端通过锚具锚固在钢筋混凝土剪力墙上；该剪力墙不仅具有可恢复功能，还具有较强的耗能能力。

Description

一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙及其建造方法

技术领域

本发明属于建筑结构抗震领域，具体涉及一种具有可恢复功能的钢筋混凝土耗能剪力墙及其建造方法。

背景技术

钢筋混凝土剪力墙是现代混凝土结构工程中的主要抗震结构，其承载能力和抗震性能对高层建筑结构的安全可靠至关重要。目前，我国高层建筑结构的抗震设计原则是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。在强烈的地震作用下，钢筋混凝土剪力墙主要通过弹塑性变形来耗散地震能量，因此，震后剪力墙必将产生不同程度的损伤和较大的残余变形，导致结构难以修复并丧失使用功能，最终结构只能被推倒重建。为了减小地震后结构的残余变形并快速恢复结构的使用功能，近年来，国内外相继提出了自复位剪力墙结构和摇摆剪力墙结构等，主要通过在剪力墙中配置高强钢筋或钢绞线来提高结构的强度、安全储备和变形能力，从而使结构在强烈的地震作用下保持弹性性能，减小地震后结构的残余变形，并快速恢复结构的使用功能。

然而，自复位剪力墙和摇摆剪力墙虽然可以通过设置高强钢筋或钢绞线来保证结构在强震作用下的弹性性能，实现结构的自复位功能，但结构变形往往过大，且耗能能力严重不足。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，该剪力墙不仅具有可恢复功能，而且在墙体内部设置有耗能减震装置，具有较强的耗能能力，从而在地震时提高结构的耗能减震性能，并在震后快速恢复结构的使用功能。同时，为可恢复功能的钢筋混凝土耗能剪力墙的实现提供了简单、可靠的建造方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，包括钢筋混凝土剪力墙墙体，钢筋混凝土剪力墙墙体中设有普通竖向分布钢筋和普通水平向分布钢筋，所述钢筋混凝土剪力墙墙体的左右两侧均设有高强筋材，普通竖向分布钢筋和普通水平向分布钢筋组成的前、后两排分布钢筋网之间设有四个阻尼器，四个阻尼器呈X型分布，左侧上部阻尼器的下端的活塞杆、右侧上部阻尼器的下端的活塞杆、左侧下部阻尼器的上端的活塞杆及右侧下部的阻尼器的上端的活塞杆均为端部带铰链孔的圆柱形活塞杆,左侧上部阻尼器的下端的活塞杆端部、右侧上部阻尼器的下端的活塞杆端部、左侧下部阻尼器的上端的活塞杆端部及右侧下部的阻尼器的上端的活塞杆端部之间形成菱形结构，菱形结构的四条边上均设有钢板连杆，相连的两根钢板连杆与活塞杆端部之间通过活动铰链相连，钢板连杆设置在具有凹槽的菱形连杆保护壳内，菱形连杆保护壳的四个角上设有圆形导向孔，圆形导向孔上设有环形连接套筒，环形连接套筒的端部设有固定边缘，环形连接套筒通过固定边缘与阻尼器的连接法兰相固定；左侧上部阻尼器的上端的活塞杆端部、右侧上部阻尼器的上端的活塞杆端部、左侧下部阻尼器的下端的活塞杆端部及右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆端部均设有钢绞线，钢绞线通过锚板锚固在钢筋混凝土剪力墙上，左侧上部阻尼器的上端的活塞杆的钢绞线的外围、右侧上部阻尼器的上端的活塞杆连接的钢绞线的外围、左侧下部阻尼器的下端的活塞杆连接的钢绞线的外围及右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆连接的钢绞线的外围均设置有金属波纹管；所述左侧上部的阻尼器的上端的活塞杆与左侧上部的阻尼器的下端活塞杆之间、右侧上部的阻尼器的上端的活塞杆与右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆之间、左侧下部的阻尼器的上端的活塞杆与左侧下部的阻尼器的下端活塞杆之间及右侧下部的阻尼器的上端的活塞杆与右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆之间均设有圆柱形活塞，圆柱形活塞）的外部设有圆柱形缸筒，圆柱形活塞与圆柱形缸筒之间留有环形间隙，圆柱形缸筒的下端与连接法兰固结，圆柱形缸筒的上端设有圆形盖板，圆柱形缸筒内表面、活塞杆和圆柱形活塞外表面以及连接法兰和圆形盖板之间形成密封腔，密封腔中充填有耗能材料。

根据上述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，所述阻尼器为粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、磁流变液阻尼器或电流变液阻尼器。

根据上述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，所述钢板连杆组成的菱形结构在保护壳内能够自由伸缩。

根据上述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，左侧下部的锚板的锚固点为A，左侧上部的锚板的锚固点为B，右侧上部的锚板的锚固点为C，右侧下部的锚板的锚固点为D。

所述钢绞线均需要施加大小相等的预应力。

所述阻尼器为速度相关型阻尼器，不具有初始刚度，如粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器，也可以是磁流变/电流变液阻尼器。

所述菱形连杆保护壳内部具有十字形排列的圆形导向孔和正方形凹槽，菱形连杆机构在保护壳内能够自由伸缩。

所述圆柱形活塞杆端部带有铰链孔。

本发明还提供了一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙的建造方法，包括以下步骤：

步骤一：安装由竖向高强筋材和普通钢筋组成的前、后两排分布钢筋网，普通水平分布钢筋和普通竖向分布钢筋采用绑扎连接；

步骤二：组装阻尼器，先将阻尼器的活塞和活塞杆连接到一起；然后，安装阻尼器缸筒下方的连接法兰，将连接到一起的活塞和活塞杆从缸筒上方塞入缸筒，并保证带铰链孔的活塞杆从连接法兰的中间孔穿出；最后，安装缸筒上方的圆形盖板；

步骤三：连接阻尼器与菱形连杆保护壳，将四个阻尼器分别摆放在菱形连杆保护壳的四角，将带铰链孔的活塞杆放入菱形连杆保护壳的导向孔中；然后，将阻尼器的连接法兰和菱形连杆保护壳四角的连接套筒固定在一起，并在菱形连杆保护壳内部安装钢板连杆；最后，安装菱形连杆保护壳的盖板；

步骤四：安装阻尼器与菱形连杆保护壳，将金属波纹管放在安装位置，并固定在钢筋网上，在金属波纹管内部穿设钢绞线；然后，从前、后两排钢筋网顶端将连接好的阻尼器放入两排钢筋网中间的安装位置；随后，将钢绞线和阻尼器的活塞杆连接在一起；最后，在钢筋网片外部安装模板和模板支架，并将阻尼器和菱形连杆保护壳固定在模板支架上；

步骤五：浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后，在墙体四角同时张拉并锚固四根钢绞线。

本发明的有益效果：（1）本发明的具有可恢复功能的耗能剪力墙通过设置在墙体左右两侧的高强筋材来保证结构在强震作用下的弹性性能，减小剪力墙在地震后的残余变形，使钢筋混凝土剪力墙具有可恢复功能，保证建筑物在震后可以继续使用；（2）本发明的具有可恢复功能的耗能剪力墙通过在墙体设置耗能阻尼器来增大剪力墙的耗能能力，从而降低结构的动力响应。阻尼器为速度相关型阻尼器或磁流变/电流变液阻尼器，不影响震后剪力墙变形的恢复。（3）为可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙的实现提供了简单、可靠的建造方法。

附图说明

图1是本发明的一种用于建筑工程的柔性消能减震装置的结构装配示意图；

图2是图1的竖向剖面示意图；

图3是图2中F-F剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供了一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，包括钢筋混凝土剪力墙墙体21，钢筋混凝土剪力墙21中的普通竖向分布钢筋23和普通水平向分布钢筋24，高强筋材22设置在剪力墙左、右两侧；四个阻尼器按X型交叉方式设置在由普通竖向分布钢筋23和普通水平向分布钢筋24组成的前、后两排分布钢筋网之间，四个阻尼器端部带铰链孔的圆柱形活塞杆31则通过活动铰链1和菱形钢板连杆2连接到一起，菱形连杆2设置在挖有凹槽3的菱形连杆保护壳4内部，菱形连杆保护壳4十字形排列的圆形导向孔与阻尼器的连接法兰34固定在一起，菱形连杆保护壳4、阻尼器圆柱形缸筒35和钢筋混凝土剪力墙墙体21浇筑在一起，钢绞线5一端与阻尼器的圆柱形活塞杆33连接，钢绞线5和圆柱形活塞杆33的外部设置金属波纹管6，钢绞线5另一端通过锚具7锚固在钢筋混凝土剪力墙的B点处，A、C、D也是钢绞线的锚固点。

本发明还提供了一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙的建造方法，包括以下步骤：

步骤一：安装由竖向高强筋材和普通钢筋组成的前、后两排分布钢筋网，普通水平分布钢筋和普通竖向分布钢筋采用绑扎连接；

步骤二：组装阻尼器，先将阻尼器的活塞和活塞杆连接到一起；然后，安装阻尼器缸筒下方的连接法兰，将连接到一起的活塞和活塞杆从缸筒上方塞入缸筒，并保证带铰链孔的活塞杆从连接法兰的中间孔穿出；最后，安装缸筒上方的圆形盖板；

步骤三：连接阻尼器与菱形连杆保护壳，将四个阻尼器分别摆放在菱形连杆保护壳的四角，将带铰链孔的活塞杆放入菱形连杆保护壳的导向孔中；然后，将阻尼器的连接法兰和菱形连杆保护壳四角的连接套筒固定在一起，并在菱形连杆保护壳内部安装钢板连杆；最后，安装菱形连杆保护壳的盖板；

步骤四：安装阻尼器与菱形连杆保护壳，将金属波纹管放在安装位置，并固定在钢筋网上，在金属波纹管内部穿设钢绞线；然后，从前、后两排钢筋网顶端将连接好的阻尼器放入两排钢筋网中间的安装位置；随后，将钢绞线和阻尼器的活塞杆连接在一起；最后，在钢筋网片外部安装模板和模板支架，并将阻尼器和菱形连杆保护壳固定在模板支架上；

步骤五：浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后，在墙体四角同时张拉并锚固四根钢绞线。

本发明的工作原理：

在地震荷载作用下，剪力墙结构会产生层间相对位移，剪力墙墙体上部左、右两端的点A、B相对于下部的点C、D发生水平相对位移，当AC两点的距离被拉长时（此时BD两点的距离缩短），由于钢绞线5事先施加了预应力，并且AC和BD之间通过钢绞线5、阻尼器活塞杆33、阻尼器活塞32、端部带铰链孔的圆柱形活塞杆31、活动铰链1和钢板连杆2组成的柔性系统连接，因此，阻尼器a和c的阻尼器活塞32在钢绞线5拉力作用下相互远离，并与阻尼器a、c的缸筒35产生相对位移，同时，菱形钢板连杆2的左下、右上两端被拉长，菱形钢板连杆2的左上、右下两端缩短，阻尼器b和d的阻尼器活塞32在菱形钢板连杆2的拉力作用下相互靠近，并与阻尼器b、d的缸筒产生相对位移；当阻尼器的活塞和缸筒之间有相对位移时，便会产生消能减震作用，从而有效消耗传入建筑结构的地震能量，并降低结构在地震荷载作用下的动力响应，提高建筑结构的抗震性能。当BD两点的距离被拉长时亦是如此（此时AC两点的距离缩短）。

由于设置在钢筋混凝土剪力墙墙体左、右两侧的高强筋材22具有很高的抗拉强度和较低的弹性模量，结构在强震作用下一直处于弹性工作状态，因此，地震结束以后，高强筋材22很快将钢筋混凝土剪力墙墙体拉回到原来的位置，残余变形很小，从而使结构具有可恢复功能。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，包括钢筋混凝土剪力墙墙体（21），钢筋混凝土剪力墙墙体（21）中设有普通竖向分布钢筋（23）和普通水平向分布钢筋（24），其特征在于：所述钢筋混凝土剪力墙墙体（21）的左右两侧均设有竖向高强筋材（22），普通竖向分布钢筋（23）和普通水平向分布钢筋（24）组成的前、后两排分布钢筋网之间设有四个阻尼器，四个阻尼器呈X型分布，左侧上部阻尼器的下端的活塞杆、右侧上部阻尼器的下端的活塞杆、左侧下部阻尼器的上端的活塞杆及右侧下部的阻尼器的上端的活塞杆均为端部带铰链孔的圆柱形活塞杆（31）,左侧上部阻尼器的下端的活塞杆端部、右侧上部阻尼器的下端的活塞杆端部、左侧下部阻尼器的上端的活塞杆端部及右侧下部的阻尼器的上端的活塞杆端部之间形成菱形结构，菱形结构的四条边上均设有钢板连杆（2），相连的两根钢板连杆与活塞杆端部之间通过活动铰链（1）相连，钢板连杆（2）设置在具有凹槽（3）的菱形连杆保护壳（4）内，菱形连杆保护壳（4）的四个角上设有圆形导向孔，圆形导向孔上设有环形连接套筒，环形连接套筒的端部与阻尼器的连接法兰（34）相固定；左侧上部阻尼器的上端的活塞杆端部、右侧上部阻尼器的上端的活塞杆端部、左侧下部阻尼器的下端的活塞杆端部及右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆端部均连接有钢绞线（5），钢绞线（5）通过锚板（7）锚固在钢筋混凝土剪力墙上，左侧上部阻尼器的上端的活塞杆的钢绞线的外围、右侧上部阻尼器的上端的活塞杆连接的钢绞线的外围、左侧下部阻尼器的下端的活塞杆连接的钢绞线的外围及右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆连接的钢绞线的外围均设置有金属波纹管（6）；所述左侧上部的阻尼器的上端的活塞杆与左侧上部的阻尼器的下端活塞杆之间、右侧上部的阻尼器的上端的活塞杆与右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆之间、左侧下部的阻尼器的上端的活塞杆与左侧下部的阻尼器的下端活塞杆之间及右侧下部的阻尼器的上端的活塞杆与右侧下部的阻尼器的下端的活塞杆之间均设有圆柱形活塞（32），圆柱形活塞（32）的外部设有圆柱形缸筒（34），圆柱形活塞（32）与圆柱形缸筒（35）之间留有环形间隙，圆柱形缸筒（34）的下端与连接法兰（34）固结，圆柱形缸筒（35）的上端设有圆形盖板（36），圆柱形缸筒（35）内表面、活塞杆（33）和圆柱形活塞（32）外表面以及连接法兰（34）和圆形盖板（36）之间形成密封腔，密封腔中充填有耗能材料（37）。

2.根据权利要求1所述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，其特征在于：所述高强筋材为钢绞线或纤维增强复合材料筋。

3.根据权利要求1所述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，其特征在于：所述钢板连杆（2）组成的菱形结构在保护壳内能够自由伸缩。

4.根据权利要求1所述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，其特征在于：左侧下部的锚板的锚固点为A，左侧上部的锚板的锚固点为B，右侧上部的锚板的锚固点为C，右侧下部的锚板的锚固点为D。

5.根据权利要求1所述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，其特征在于：所述菱形连杆保护壳、阻尼器的圆柱形缸筒和钢筋混凝土剪力墙墙体浇筑在一起。

6.根据权利要求1所述的可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙，其特征在于：所述阻尼器为粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、磁流变液阻尼器或电流变液阻尼器。

7.一种可恢复功能耗能钢筋混凝土剪力墙的建造方法，其特征在于包括以下建造步骤：

步骤一：安装由竖向高强筋材和普通钢筋组成的前、后两排分布钢筋网，普通水平分布钢筋和普通竖向分布钢筋采用绑扎连接；

步骤二：组装阻尼器，先将阻尼器的活塞和活塞杆连接到一起；然后，安装阻尼器缸筒下方的连接法兰，将连接到一起的活塞和活塞杆从缸筒上方塞入缸筒，并保证带铰链孔的活塞杆从连接法兰的中间孔穿出；最后，安装缸筒上方的圆形盖板；

步骤三：连接阻尼器与菱形连杆保护壳，将四个阻尼器分别摆放在菱形连杆保护壳的四角，将带铰链孔的活塞杆放入菱形连杆保护壳的导向孔中；然后，将阻尼器的连接法兰和菱形连杆保护壳四角的连接套筒固定在一起，并在菱形连杆保护壳内部安装钢板连杆；最后，安装菱形连杆保护壳的盖板；

步骤四：安装阻尼器与菱形连杆保护壳，将金属波纹管放在安装位置，并固定在钢筋网上，在金属波纹管内部穿设钢绞线；然后，从前、后两排钢筋网顶端将连接好的阻尼器放入两排钢筋网中间的安装位置；随后，将钢绞线和阻尼器的活塞杆连接在一起；最后，在钢筋网片外部安装模板和模板支架，并将阻尼器和菱形连杆保护壳固定在模板支架上；

步骤五：浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后，在墙体四角同时张拉并锚固四根钢绞线。