CN110805163A - 带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，用于拼装钢筋混凝土预制墙板。上述带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，干式连接件的耗能区两侧固定连接翼缘，耗能区两侧的所述翼缘分别与至少两块预制墙板中的相邻两块预制墙板的表面固定连接，实现了两块预制墙板在水平方向上的拼装连接，可以保证和整体墙相同甚至超过整体墙的承载力和刚度，同时具有远超整体墙的变形能力、延性和耗能能力，在地震中有更高的安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙。
背景技术
随着中国经济实力的日益发展，人们对于空间的需求也越来越大，建筑逐渐向大型化、高层化发展。近年来装配式技术作为一项实现建筑产业绿色化发展的有力支柱，得到了人们的关注和国家的大力支持。因此，结合来看，在高层住宅中大力发展装配式剪力墙结构体系，具有重大的经济前景和突出的环境优势。但不可否认的是，虽然对装配式剪力墙结构体系的研究已取得诸多突破和成果，但作为装配式混凝土结构中的代表之一的装配式剪力墙结构，仍存在两大主要突出问题：一是目前装配式混凝土结构技术需在精确度和经济性中做平衡和取舍，导致目前现场现浇率较高，工序复杂；二是装配式结构性能是否需等同现浇结构，仍需要从设计理念和思想等诸多环节革新。这些问题，在高层建筑中尤为明显。
具体来说，基于现有技术，在装配式剪力墙的施工过程中，由于交通运输等条件的限制，混凝土剪力墙通常由若干块预制墙板组成，在工厂预制以后，一块块运到工地进行拼装，在拼装时，水平方向两块相邻的预制墙板之间会留有一定宽度的竖向空隙(2cm左右)，在空隙中浇筑混凝土形成现浇带，从而将两块预制墙板连接在一起，但是该方法工序复杂，时间长，难以保证现浇以后强度等同于整体墙。
发明内容
基于此，有必要针对现有的装配式混凝土剪力墙，在拼接时，通过向水平方向上两块相邻预制墙板之间的竖向空隙中浇筑混凝土形成现浇带从而将两块预制墙板拼装在一起的方法存在工序复杂，时间长，难以保证现浇带的强度等同于整体墙的问题，提供一种带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙。
一种带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，包括干式连接件以及至少两块预制墙板，所述干式连接件包括耗能区和翼缘，所述耗能区的两侧固定连接有所述翼缘，所述耗能区两侧的所述翼缘分别与至少两块所述预制墙板中的相邻两块所述预制墙板的表面固定连接。
在其中一个实施例中，所述耗能区的边缘呈样条曲线。
在其中一个实施例中，所述样条曲线是基于ABAQUS平台并利用模拟退火法进行优化所得。
在其中一个实施例中，每一块所述预制墙板的表面设置有预埋钢板，所述预埋钢板与所述预制墙板固定连接，所述耗能区两侧的所述翼缘分别与相邻两块所述预制墙板表面的预埋钢板固定连接。
在其中一个实施例中，所述预埋钢板靠近所述预制墙板的侧面上焊接有多个铆钉，多个所述铆钉与所述预制墙板内的钢筋笼固定连接，浇筑混凝土后成为一体。
在其中一个实施例中，多个所述铆钉以田字形或梅花形焊接在所述预埋钢板靠近所述预制墙板的侧面上。
在其中一个实施例中，所述翼缘与所述预埋钢板焊接固定。
在其中一个实施例中，所述翼缘的边缘开有坡口，所述翼缘与所述预埋钢板在所述坡口处熔透焊接。
在其中一个实施例中，所述翼缘上开设有圆孔，所述翼缘与所述预埋钢板在所述圆孔处塞焊连接。
在其中一个实施例中，所述干式连接件的材料为Q345或Q235钢材。
上述带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，干式连接件的耗能区两侧固定连接翼缘，耗能区两侧的所述翼缘分别与至少两块预制墙板中的相邻两块预制墙板的表面固定连接，实现了两块预制墙板在水平方向上的拼装连接，可以保证带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙和整体墙相同甚至超过整体墙的承载力和刚度，同时具有远超整体墙的变形能力、延性和耗能能力，在地震中有更高的安全系数。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的整体示意图；
图2为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的带有预埋钢板的预制墙板示意图；
图3为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的干式连接件的示意图；
图4为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的干式连接件采用Abaqus有限元模拟的加载制度实验图；
图5为采用图4的加载制度下Abaqus有限元模拟优化出的最优解示意图；
图6为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的预埋钢板的主视图；
图7为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的预埋钢板的侧视图；
图8为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的干式连接件焊接前的示意图；
图9为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的干式连接件焊接后的示意图；
图10为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的干式连接件将数块预制墙板连接在一起的示意图；
图11为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的干式连接件的实验结果图；
图12为获得图11所示的实验结果所采用的实验装置示意图；
图13为整体墙实验滞回曲线图；
图14为本发明一实施例的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙实验滞回曲线图；
图15为获得图14所示的实验结果所采用的实验装置示意图；
图16为获得图14所示的实验结果加载制度实验图。
附图标记说明：
干式连接件 100
耗能区 110
翼缘 120
坡口 121
圆孔 122
预制墙板 200
预埋钢板 300
铆钉 400
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下面对具体实施方式的描述仅仅是示范性的，应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图3和图10，一种带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，包括干式连接件100以及至少两块预制墙板200，所述干式连接件100包括耗能区110和翼缘120，所述耗能区110的两侧固定连接有所述翼缘120，所述耗能区110两侧的所述翼缘120分别与至少两块所述预制墙板200中的相邻两块所述预制墙板200的表面固定连接。所述翼缘120是与所述预制墙板200的表面固定连接，能够适合于相邻两块所述预制墙板200之间缝隙较小甚至是紧密贴合的情形下进行固定拼接。
可选地，所述预制墙板200的材质为钢筋混凝土。
可选地，所述干式连接件100可以为钢板剪切阻尼器。
可选地，所述干式连接件100的耗能区110与所述翼缘120一体成型。
可选地，至少两块所述预制墙板200中的相邻两块所述预制墙板200的表面固定连接的所述干式连接件100可以为两个，而在现实的施工过程中，相邻两块所述预制墙板200的表面固定连接的所述干式连接件100的数量和尺寸是根据实际工程而进行设计确定的。所述干式连接件100可以将多块所述预制墙板200连在一起，图1为两块所述预制墙板200连在一起的示意图，实际上可以根据工程需要，把多块所述预制墙板200连在一起如图8所示。在施工时，先吊装所述预制墙板200，将几块相邻的所述预制墙板200吊装定位后，再把所述干式连接件100固定连接在所述预制墙板200的所述预埋钢板300上面，从而将数块所述预制墙板200在水平方向连接在一起。需注意在焊接所述预埋钢板300之前需要进行定位画样线。
如图3至图5所示，在其中一个实施例中，所述耗能区110的边缘基于ABAQUS平台并利用模拟退火法进行优化。所述耗能区110的边缘呈样条曲线。对所述耗能区110的边缘采用abaqus进行有限元分析，在图4所示的Abaqus有限元模拟的加载制度下，通过多次模拟实验，试算了不同边界曲线的所述干式连接件100模型，每一种方案会得到其对应的累积塑性应变。经过大量试验后，最终得到一个最小解，最终得到耗能区110的边缘最优解的样条曲线如图5所示。所述耗能区110的边缘设计成样条曲线能够有效减小对塑性应变的累积，增强了所述干式连接件100的延性、耗能能力以及抗疲劳性。优化后的耗能区110的边缘，使得其能够实现累积最小的塑性应变，使得所述干式连接件100具有更高的耗能性以及耐久性，使得带有干式连接件100的装配式混凝土剪力墙具有很强的变形能力、延性、耗能能力以及抗疲劳性等。
请参阅图11和图12，干式连接件100试验在如图12所示的水平剪切架装置上进行。水平剪切架由一个固定的水平地梁，一个水平加载梁以及在外围连接地梁和加载梁的铰接杆组成。其中水平加载梁一端与固定于剪力墙的水平作动器相连，底面通过转换梁与固定在水平地梁上的干式连接件100连接。试验中通过水平作动器施加强制位移，实现针对干式连接件100的拟静力加载。如图11所示的单个干式连接件100的实验结果可以看出，所述干式连接件100的所述耗能区110的边缘经过上述优化后的具有以下特性：
(1)弹性阶段，干式连接件100的刚度和强度都基本和预期计算结果相同，说明可以保证干式连接件100的强度和刚度。
(2)弹塑性阶段，在8.3mm幅值的往复加载下，干式连接件100的滞回曲线可以饱满而稳定，说明其具有很强的变形能力，延性，耗能能力，抗疲劳性等，证明了我们的优化曲线的合理性。
如图1至3所示，在其中一个实施例中，每一块所述预制墙板200的表面设置有预埋钢板300，所述预埋钢板300与所述预制墙板200固定连接，所述耗能区110两侧的所述翼缘120分别与相邻两块所述预制墙板200表面的预埋钢板300固定连接。即所述预埋钢板300设置于至少两块所述预制墙板200中的每一块所述预制墙板200的表面，并且与所述预制墙板200固定连接之后，所述耗能区110两侧的所述翼缘120分别与相邻两块所述预制墙板200表面的预埋钢板300固定连接，实现了所述干式连接件100与相邻两块所述预制墙板200固定连接。
优选地，所述预埋钢板300固定设置于所述预制墙板200靠近边缘的位置处，以便于所述翼缘120与其固定连接。
如图6和图7所示，在其中一个实施例中，所述预埋钢板300靠近所述预制墙板200的侧面上焊接有多个铆钉400，多个所述铆钉400与所述预制墙板200内的钢筋笼固定连接，浇筑混凝土后，钢筋笼与所述铆钉400以及所述预制墙板200成为一体，所述预埋钢板300被固定在所述预制墙板200的表面上。
可选地，多个所述铆钉400以田字形或梅花形焊接在所述预埋钢板300靠近所述预制墙板200的侧面上。所述铆钉400以田字形或梅花形焊接在所述预埋钢板300上后，与所述预制墙板200内的钢筋笼固定连接，浇筑混凝土后成为一体，所述预埋钢板300被固定在所述预制墙板200的表面上。以保证所述预埋钢板300与所述预制墙板200更高的固定强度。所述铆钉400的尺寸以及在所述预埋钢板300上的分布都根据相关规范进行计算，以确保所述预埋钢板300和所述预制墙板200牢固成为一个整体满足强度需求，所述预埋钢板300远离所述预制墙板200的侧面用于焊接干式连接件100即钢板剪切阻尼器。
请参阅图8和图9，在其中一个实施例中，所述翼缘120与所述预埋钢板300焊接固定。即所述翼缘120与所述预埋钢板300远离所述预制墙板200的侧面焊接固定。
如图3所示，可选地，所述翼缘120的边缘开有坡口121，所述翼缘120与所述预埋钢板300在所述坡口121处熔透焊接。以便将其焊接在预埋钢板300上，也保证了两翼缘120与预埋钢板300固定的强度。
可选地，所述翼缘120上开设有圆孔122，所述翼缘120与所述预埋钢板300在所述圆孔122处塞焊连接。焊接时将其填满，使得所述干式连接件100和所述预埋钢板300紧密相连，可有效防止面外鼓胀，延迟所述干式连接件100的破坏。
在其中一个实施例中，所述预制墙板200的宽度以及高度均为30厘米的整数倍。所述预制墙板200的厚度根据实际层荷载与层高等因素有220mm，240mm，300mm等多个规格的取值。所述预制墙板200的材质为钢筋混凝土，其尺寸和配筋等都是根据实际工程而计算设计，在所述预制墙板200表面需要固定连接所述预埋钢板300，以方便所述干式连接件100的焊接。而所述预制墙板200的尺寸尽量符合一定的模数倍数关系，优选采用宽度高度采用30厘米的整数倍，以便于实现批量化生产。
在其中一个实施例中，所述干式连接件100的材料为Q345或Q235钢材或者其他更低牌号的钢材或者软钢，以确保其具有良好的变形能力。
上述带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，干式连接件100的耗能区110两侧固定连接翼缘120，所述耗能区110两侧的所述翼缘120分别与至少两块所述预制墙板200中的相邻两块预制墙板200的表面固定连接，实现了两块所述预制墙板200在水平方向上的拼装连接，可以保证和整体墙相同甚至超过整体墙的承载力和刚度，同时具有远超整体墙的变形能力、延性和耗能能力，在地震中有更高的安全系数。解决了装配式混凝土剪力墙在水平方向上的连接问题。
上述带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的施工步骤：
(1)吊装所述预制墙板200，将几块相邻的所述预制墙板200吊装在一起，预制墙板200和下方结构的连接方法与常规装配式剪力墙的连接方法相同。
(2)在所述预埋钢板300上画样线，把干式连接件100焊接在所述预制墙板200的预埋钢板300上面，包括在坡口121处的熔透焊和圆孔122处的塞焊，塞焊需要塞满。
上述带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙的工作机理为：
在工厂生产的模数化剪力墙墙片之间，采用干式连接件100进行干式连接，形成实际工程中所需的连续剪力墙。在承水平方向荷载(如地震作用和风荷载)时，剪力墙会产生侧向往复位移，从而带动干式连接件产生往复剪切位移，从而耗散能量，保护墙体以及整个建筑结构。在荷载作用下，与整体墙相比，此新型墙体可通过设计实现不同的刚度和承载力，以及一定的耗能能力。
结合图13和图14所示的实验结果，试验装置见图15，其中为了方便描述，将带缝墙肢按照从北到南的次序定义4个墙角。竖向采用2个油压千斤顶(250t)，水平采用1个液压伺服作动器(100t,500mm)，并与墙体通过丝杆形成抱梁进行连接，外侧采用固定横梁来施加侧向约束。加载中心位置位于墙体3.3m处，加载范围为400mm。另外，在加载范围内，缝两侧墙体预埋表面粘接聚四氟乙烯板材的预埋钢板300，预埋钢板300分别与两侧墙体钢筋连接，通过聚四氟乙烯板材与预埋钢板300之间的滑动摩擦，来保证两侧墙体只传递水平力不传递剪力。试验采用拟静力加载方式，控制变量为试件3.3m高度处的水平位移(不含地梁高度)，加载制度见图16。实际加载中，加载至1/40位移角或试件已不适合加载为止。通过采用图15所示的实验装置以及图16所示的加载制度获得图14所述的带有干式连接件的装配式剪力墙耗能曲线。图13是整体墙的耗能曲线，图14是带有干式连接件的装配式剪力墙耗能曲线，两者对比，可以看出：
(1)带有干式连接件的装配式连接件剪力墙的承载力和刚度都不低于整体墙，这说明了这种干式连接件100能等效整体墙,满足承载力和刚度的基本要求。
(2)带有干式连接件的装配式连接件剪力墙的极限变形能力远大于整体墙，接近两倍了。
(3)带有干式连接件的装配式连接件剪力墙的耗能能力(滞回曲线围成的面积)远大于整体墙。
本申请的带有干式连接件的装配式连接件剪力墙具有以下优点：
(1)采用干式连接件100，现场施工速度快，在极大程度上避免了湿作业，缩短工期，符合装配式结构的设计理念。
(2)本申请的带有干式连接件的装配式连接件剪力墙可以保证和整体墙相同甚至超过整体墙的承载力和刚度，同时，具有远超整体墙的变形能力、延性和耗能能力，在地震中有更高的安全系数。
(3)本申请的带有干式连接件的装配式连接件剪力墙，成本低廉，构造简单，安装简便，具有很强的可实施性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，包括干式连接件(100)以及至少两块预制墙板(200)，所述干式连接件(100)包括耗能区(110)和翼缘(120)，所述耗能区(110)的两侧固定连接有所述翼缘(120)，所述耗能区(110)两侧的所述翼缘(120)分别与至少两块所述预制墙板(200)中的相邻两块所述预制墙板(200)的表面固定连接。
2.根据权利要求1所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，所述耗能区(110)的边缘呈样条曲线。
3.根据权利要求2所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，所述样条曲线是基于ABAQUS平台并利用模拟退火法进行优化所得。
4.根据权利要求1所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，每一块所述预制墙板(200)的表面设置有预埋钢板(300)，所述预埋钢板(300)与所述预制墙板(200)固定连接，所述耗能区(110)两侧的所述翼缘(120)分别与相邻两块所述预制墙板(200)表面的预埋钢板(300)固定连接。
5.根据权利要求4所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，所述预埋钢板(300)靠近所述预制墙板(200)的侧面上焊接有多个铆钉(400)，多个所述铆钉(400)与所述预制墙板(200)内的钢筋笼固定连接，浇筑混凝土后成为一体。
6.根据权利要求5所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，多个所述铆钉(400)以田字形或梅花形焊接在所述预埋钢板(300)靠近所述预制墙板(200)的侧面上。
7.根据权利要求4所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，所述翼缘(120)与所述预埋钢板(300)焊接固定。
8.根据权利要求4所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，所述翼缘(120)的边缘开有坡口(121)，所述翼缘(120)与所述预埋钢板(300)在所述坡口(121)处熔透焊接。
9.根据权利要求4所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，所述翼缘(120)上开设有圆孔(122)，所述翼缘(120)与所述预埋钢板(300)在所述圆孔(122)处塞焊连接。
10.根据权利要求1所述的带有干式连接件的装配式混凝土剪力墙，其特征在于，所述干式连接件(100)的材料为Q345或Q235钢材。
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