CN112302205A - 一种自复位可修复耗能剪力墙 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及土木工程结构技术领域，更具体地，涉及一种自复位可修复耗能剪力墙，包括剪力墙主体和自复位可修复耗能组件，所述自复位可修复耗能组件与剪力墙主体固定连接，所述自复位可修复耗能组件为可承载力耗能构件。本发明通过所述自复位可修复耗能组件与剪力墙主体固定连接，所述自复位可修复耗能组件为可承载力耗能构件的设置，使得自复位可修复耗能组件在地震时可耗散地震输入结构的能量，降低建筑地震响应。地震后，可实现自复位，减小结构残余位移，自复位可修复耗能组件地震后可实现快速修复，降低结构维修难度与维修费用。

Description

一种自复位可修复耗能剪力墙
技术领域
本发明涉及土木工程结构技术领域，更具体地，涉及一种自复位可修复耗能剪力墙。
背景技术
地震灾害具有不可预测、破坏力强等特点，过去曾造成了巨大的经济损失，并且严重威胁人们的生命安全，同时在地震力的往复作用下会给建筑带来不可修复的破坏。
普通钢筋混凝土剪力墙结构是一种广泛应用于多、高层建筑的抗侧力体系。但是由于剪力墙构件刚度较大，在地震作用下普通钢筋混凝土剪力墙构件可能发生不可修复的破坏。特别是位于剪力墙底部的墙趾部位，由于受到巨大的倾覆弯矩作用，容易发生较为严重的破坏，维修难度极大。此外，地震后剪力墙构件损伤可能造成结构较大的残余位移，严重影响建筑物的使用，造成巨大的直接或间接经济损失。
发明内容
本发明为克服上述普通钢筋混凝土剪力墙在功能可恢复方面的问题，提供一种自复位可修复耗能剪力墙。
在本技术方案中，提供一种自复位可修复耗能剪力墙，包括剪力墙主体和自复位可修复耗能组件，所述自复位可修复耗能组件与剪力墙主体固定连接，所述自复位可修复耗能组件为可承载力耗能构件。
本发明通过所述自复位可修复耗能组件与剪力墙主体固定连接，所述自复位可修复耗能组件为可承载力耗能构件的设置，使得自复位可修复耗能组件在地震时可耗散地震输入结构的能量，降低建筑地震响应。地震后，可实现自复位，减小结构残余位移，此外自复位可修复耗能组件地震后可实现快速修复，降低结构维修难度与维修费用。
优选地，还包括第一连接型钢构件和第二连接型钢构件，所述剪力墙主体、第一连接型钢构件、自复位可修复耗能组件、第二连接型钢构件顺次连接。这样设置是为了使剪力墙主体与可修复耗能组件形成一个整体，保证共同协调受力，同时能够利用自复位可修复耗能组件实现耗散外部荷载传递给建筑的压力或拉力，同时能够在拉力或压力解除后可实现自复位，并快速修复。
优选地，所述自复位可修复耗能组件包括通过第一固定结构顺次可拆卸安装的外包型钢前板、核心耗能软钢、外包型钢后板，所述外包型钢后板设有防止核心耗能软钢屈曲的屈曲约束器。所述外包型钢前板、外包型钢后板用于承受结构的竖向压力。同时通过屈曲约束器的设置使得核心耗能软钢的不发生屈曲。核心耗能软钢主要用于承受拉、压力，特别是当结构受拉时，拉力全部由核心耗能软钢承受。
优选地，所述自复位可修复耗能组件还包括外盖板，所述外包型钢前板对应核心耗能软钢安装的位置处设有安装孔，所述外盖板通过第二固定结构与外包型钢前板、核心耗能软钢顺次安装且所述外盖板盖合于安装孔位置处。这样设置是为了提供一种快速更换核心耗能软钢的结构。具体地，所述外盖板与所述外包型钢前板连接，在安装时，外盖板盖在外包型钢前板上防止核心耗能软钢的平面外屈曲，在地震之后，可打开外盖板将受损后的核心耗能软钢从安装孔中取下，换上全新核心耗能软钢，即可达到快速修复的目的。
优选地，所述屈曲约束器上设有用于放置核心耗能软钢的第一凹槽。这样设置是为了可靠安装核心耗能软钢，避免其受力屈曲。
优选地，所述剪力墙还包括核心板垫板，所述核心耗能软钢上设有用于放置核心板垫板的第二凹槽。所述核心垫板安装于第二凹槽，其目的是为了防止核心软钢耗能段屈曲。
优选地，所述自复位可修复耗能组件还设有底座，所述外盖板、外包型钢前板、核心耗能软钢、外包型钢后板顺次安装形成的整体安装于底座上。这样设置是为了提供底座支撑。
优选地，所述底座上设有连接板和防止连接板倾覆的第一肋，所述连接板用于核心耗能软钢底部卡接的第三卡槽。这样设置是为了有效配合屈曲约束器，利用所述连接板用于核心耗能软钢底部卡接的第三卡槽，从而实现核心耗能软钢的整体可靠安装。
优选地，所述外盖板前端设有防止面外变形的第二肋和后端设有与核心耗能软钢尺寸匹配的钢板，所述第一连接型钢构件上设有抗剪连接键，第二连接型钢构件设有用于保证剪力有效传递的挡块。这样设置是为了提高自复位可修复耗能剪力墙整体的受力性能。
优选地，所述外包型钢前板、外包型钢后板均采用强度较高的钢材，所述核心耗能软钢采用低屈服点钢材。所述外包型钢前板、外包型钢后板均采用强度较高的钢材结构的设置是为了保证其强度，避免发生屈服。
与现有技术相比，有益效果是：
本发明的自复位可修复耗能剪力墙可以在结构自重或预应力筋提供的自复位力矩作用下实现结构自复位，减小建筑震后的残余位移。此外，该剪力墙可以控制损伤发生在核心耗能软钢之中，震后剪力墙其他部分基本保持弹性。并可在不影响剪力墙竖向承载力的情况下，替换受损可更换构件，实现剪力墙的震后快速修复。
附图说明
图1为本发明的自复位可修复耗能剪力墙的结构示意图；
图2为自复位可修复耗能组件的爆炸图；
图3为自复位可修复耗能组件的结构示意图；
图4为自复位可修复耗能组件的未安装外盖板的结构示意图；
图5为自复位可修复耗能组件的核心耗能软钢及核心垫板结构示意图；
图6为底板结构示意图；
图7为图3的1-1断面结构示意图；
图8为图3的2-2断面结构示意图；
图9为自复位可修复耗能剪力墙的在地震作用下的变形示意图；
图10为自复位可修复耗能剪力墙的应用中的整体布局示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例
如图1至图9为本发明一种自复位可修复耗能剪力墙的实施例，包括剪力墙主体1和自复位可修复耗能组件2，自复位可修复耗能组件2与剪力墙主体1固定连接，自复位可修复耗能组件2为可承载力耗能构件。
其中，还包括第一连接型钢构件3和第二连接型钢构件4，剪力墙主体1、第一连接型钢构件3、自复位可修复耗能组件2、第二连接型钢构件4顺次连接。这样设置是为了使剪力墙主体与可修复耗能组件形成一个整体，共同协调受力，同时能够利用自复位可修复耗能组件实现耗散外部荷载传递给建筑的压力或拉力，同时能够在拉力或压力解除后可可实现自复位，并快速修复。
另外，自复位可修复耗能组件2包括通过第一固定结构顺次可拆卸安装的外包型钢前板21、核心耗能软钢22、外包型钢后板23，外包型钢后板23设有防止核心耗能软钢22屈曲的屈曲约束器231。所述外包型钢前板、外包型钢后板用于承受结构的竖向压力。同时通过屈曲约束器的设置使得核心耗能软钢的不发生屈曲。核心耗能软钢的主要是用于承受拉、压力，特别是当结构受拉时，拉力全部由核心耗能软钢承受。
其中，自复位可修复耗能组件2还包括外盖板24，外包型钢前板21对应核心耗能软钢22安装的位置处设有安装孔211，外盖板24通过第二固定结构与外包型钢前板21、核心耗能软钢22顺次安装且所述外盖板24盖合于安装孔211位置处。这样设置是为了提供一种快速更换核心耗能软钢的结构。具体地，所述外盖板与所述外包型钢前板连接，在安装时，外盖板盖在外包型钢前板上防止核心耗能软钢的平面外屈曲，在地震之后，可打开外盖板将受损后的核心耗能软钢从安装孔中取下，换上全新核心耗能软钢，即可达到快速修复的目的。：外包型钢前板21留有安装孔211，以方便核心耗能软钢22的安装与修复。
另外，屈曲约束器231上设有用于放置核心耗能软钢22的第一凹槽232。这样设置是为了可靠安装核心耗能软钢，避免其受力屈曲。
其中，剪力墙还包括核心板垫板222，核心耗能软钢22上设有用于放置核心板垫板222的第二凹槽221。所述核心垫板安装于第二凹槽，其目的是为了防止核心软钢耗能段屈曲。
另外自复位可修复耗能组件2还设有底座5，所述外盖板24、外包型钢前板21、核心耗能软钢22、外包型钢后板23顺次安装形成的整体安装于底座5上。这样设置是为了提供底座支撑。
其中，底座5上设有连接板51和防止连接板倾覆的第一肋52，连接板51设有用于核心耗能软钢22底部卡接的第三卡槽511。这样设置是为了有效配合屈曲约束器，利用所述连接板用于核心耗能软钢底部卡接的第三卡槽，从而实现核心耗能软钢的整体可靠安装。
另外，外盖板24前端设有防止面外变形的第二肋241和后端设有与核心耗能软钢22尺寸匹配的钢板，第一连接型钢构件3上设有抗剪连接键，第二连接型钢构件4设有用于保证剪力有效传递的挡块41。这样设置是为了提高自复位可修复耗能剪力墙整体的受力性能。
其中，外包型钢前板21、外包型钢后板23均采用强度较高的钢材，核心耗能软钢22采用低屈服点钢材。所述外包型钢前板、外包型钢后板均采用强度较高的钢材的设置是为了保证其强度，避免发生屈服。
具体地：
如图1自复位可修复耗能剪力墙包括：上部普通钢筋混凝土剪力墙主体1、第一连接型钢构件3、自复位可修复耗能组件2、第二连接型钢构件4。
其中自复位可修复耗能组件2布置于第一连接型钢构件3和第二连接型钢构件4之间，自复位可修复耗能组件2主要包括：外盖板24、外包型钢前板21、外包型钢后板23、核心耗能软钢22、屈曲约束器231。
此外，第一连接型钢构件3上部为普通钢筋混凝土剪力墙主体1，第一连接型钢构件3将自复位可修复耗能组件2与上部普通钢筋混凝土剪力墙主体1连接，形成一个可以共同协调工作的整体。
进一步的所述第二连接型钢构件4置于基础或地面上，第二连接型钢构件4将自复位可修复耗能组件2与基础或地面相连，将上部自复位可修复剪力墙主体受到的荷载传递给基础或地面上。
可以看出的是，第一连接型钢构件3设置于自复位可修复耗能组件2的顶部，并且第一连接型钢构件3与自复位可修复耗能组件2连接。其中，在对自复位可修复耗能组件2进行设计的过程中，保证自复位可修复耗能组件2整体抗剪承载力大于抗弯承载力，保证构件不发生脆性的剪切破坏。该剪力墙可以控制损伤发生在指定构件中，震后剪力墙其他部分基本保持弹性，并可在不影响剪力墙竖向承载力的情况下，进行自复位可修复耗能组件的维修，替换受损的核心耗能软钢，实现剪力墙的震后快速修复。
其中，第一固定结构、第二固定结构均为高强螺栓6。
具体地，核心耗能软钢22放置在屈曲约束器231内，其上部通过高强螺栓6与外包型钢前板21、外包型钢后板23连接，下部嵌入连接板51的第三卡槽511内，核心板垫板222放置于核心耗能软钢22的第二凹槽221内；外盖板42前部设有一根防止面外变形的第二肋241，其背部设置一个形状大小与核心耗能软钢22相接近的钢板；除底座5外，上部结构采用高强螺栓连接成一个整体，放置于底座5上，底座5上设有防止连接板倾覆的第一肋52。
另外，自复位可修复耗能组件2中核心耗能软钢22采用延性、滞回性能好的低屈服点钢材。外包型钢前板21、外包型钢后板23均采用强度较高的钢材，避免发生屈服。
屈曲约束器231采用强度较高钢材，并与外包型钢后板23连接成一个整体，有效约束核心耗能软钢22不发生屈曲。
同时，外包型钢后板23顶部还还设有顶板7，外盖板24、核心耗能软钢22与外包型钢前板21、外包型钢后板23通过高强螺栓6连接成一个整体，放置在底座5上。
地震后的修复过程中，外包型钢前板21、外包型钢后板23可继续承受竖向荷载。受损后的核心耗能软钢22可从安装孔211内取出，更换全新的核心耗能软钢，达到快速修复的目的。其修复流程为，拧开高强螺栓6，取下外盖板24，将受损的核心耗能软钢22从安装孔211取出，换上全新的核心耗能软钢，再盖上外盖板24，拧上高强螺栓6，完成可修复耗能组件2的修复。
其中，第一连接型钢构件3上部为普通钢筋混凝土剪力墙主体1，所述钢筋混凝土1的纵向钢筋预先焊接在第一连接型钢构件3上，以保证所述上部普通钢筋混凝土剪力墙主体1钢筋的拉力有效传递给第一连接型钢构件3。
另外，第一连接型钢构件中设置抗剪连接键，抗剪连接键设置于上部普通钢筋混凝土剪力墙主体1与第一连接型钢构件3接触的区域，以保证上部普通钢筋混凝土剪力墙截面的剪力有效稳固地传递给第一连接型钢构件3。
其中，第二连接型钢构件中设置挡块41，挡块41设置于自复位可修复耗能组件2的侧面，以保证自复位可修复耗能组件2中的剪力有效传递给第二连接型钢构件4。
需要说明的是，在进行设计时，第一连接型钢构件3和第二连接型钢构件4采用工字型截面，自复位可修复耗能组件2采用槽钢形式，连接型钢构件和可修复耗能组件可采用但不限于以上形式，用于耗散地震能量的核心耗能软钢22上部为方形，下部设计为圆饼状，其目的为增大核心耗能软钢22与底部连接板51的接触面积，防止在受拉过程中出现应力集中现象。
另外，上部普通钢筋混凝土剪力墙结构采用现浇工艺制成，通过第一连接型钢构件将上部钢筋混凝土与可修复耗能组件的整体连接，共同协调工作。
如图9、图10所示，在地震作用下向一侧倾斜，此时一侧的可修复耗能组件中的外包型钢承受压力，另一侧的可修复耗能组件的外包型钢与底座分离，可修复耗能组件中的核心耗能软钢22被拉伸而承受拉力。外包型钢前板21、外包型钢后板23采用强度较高的钢材制成，核心耗能软钢22耗散地震输入建筑的能量，在地震之后组合剪力墙在在结构自重或预应力筋提供的自复位力矩作用下实现结构自复位。
其中，在地震侧向力作用下，可修复耗能组件的核心耗能软22通过承受拉、压力而耗散地震能量，避免了上部普通钢筋混凝土剪力墙的破坏，通过第二连接钢构件将可修复耗能组件与基础或地面相连接，将上部所受的荷载有效传递给基础或地面，减小地震对结构的破坏。
因此，本发明提出的自复位可修复耗能剪力墙系统，在地震时可以耗散地震输入结构的能量，地震后可以实现自复位，减小结构残余位移，地震后通过替换耗能组件中的核心耗能软钢，即可达到快速修复的目的，简单易实现，具有推广性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，包括剪力墙主体(1)和自复位可修复耗能组件(2)，所述自复位可修复耗能组件(2)与剪力墙主体(1)固定连接，所述自复位可修复耗能组件(2)为可承载力耗能构件。
2.根据权利要求1所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，还包括第一连接型钢构件(3)和第二连接型钢构件(4)，所述剪力墙主体(1)、第一连接型钢构件(3)、自复位可修复耗能组件(2)、第二连接型钢构件(4)顺次连接。
3.根据权利要求2所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述自复位可修复耗能组件(2)包括通过第一固定结构顺次可拆卸安装的外包型钢前板(21)、核心耗能软钢(22)、外包型钢后板(23)，所述外包型钢后板(23)设有防止核心耗能软钢(22)屈曲的屈曲约束器(231)。
4.根据权利要求3所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述自复位可修复耗能组件(2)还包括外盖板(24)，所述外包型钢前板(21)对应核心耗能软钢(22)安装的位置处设有安装孔(211)，所述外盖板(24)通过第二固定结构与外包型钢前板(21)、核心耗能软钢(22)顺次安装且所述外盖板(24)盖合于安装孔(211)位置处。
5.根据权利要求3或4所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述屈曲约束器(231)上设有用于放置核心耗能软钢(22)的第一凹槽(232)。
6.根据权利要求3或4所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述剪力墙还包括核心板垫板(222)，所述核心耗能软钢(22)上设有用于放置核心板垫板(222)的第二凹槽(221)。
7.根据权利要求4所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述自复位可修复耗能组件(2)还设有底座(5)，所述外盖板(24)、外包型钢前板(21)、核心耗能软钢(22)、外包型钢后板(23)顺次安装形成的整体安装于底座(5)上。
8.根据权利要求3所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述底座(5)上设有连接板(51)和防止连接板倾覆的第一肋(52)，所述连接板(51)设有用于核心耗能软钢(22)底部卡接的第三卡槽(511)。
9.根据权利要求3所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述外盖板(24)前端设有防止面外变形的第二肋(241)和后端设有与核心耗能软钢(22)尺寸匹配的钢板，所述第一连接型钢构件(3)上设有抗剪连接键，第二连接型钢构件(4)设有用于保证剪力有效传递的挡块(41)。
10.根据权利要求3所述的自复位可修复耗能剪力墙，其特征在于，所述外包型钢前板(21)、外包型钢后板(23)均采用强度较高的钢材，所述核心耗能软钢(22)采用低屈服点钢材。
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