CN112900745A - 一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁 - Google Patents

一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，包括梁混凝土、普通纵筋、高延性纵筋、普通箍筋、局部约束箍筋。在框架梁的端面及向跨中方向一定范围内的若干个横截面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁端泄压槽及梁身泄压槽。局部约束箍筋由大圈封闭箍筋和斜套在其两个下部角区的若干个封闭环形约束筋组装而成。局部约束箍筋能够对大圈封闭箍筋内混凝土的横向变形形成约束，从而提高了大圈封闭箍筋内部混凝土的受压能力；泄压槽使得受压区混凝土保护层中的压应力无法大幅度升高而免于被压碎脱落；与既有高延性微损伤纵筋技术相结合，为全面提高钢筋混凝土框架结构的坚韧性提供有效技术。

Description

一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁
技术领域
本发明涉及一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，尤其是一种适用于建筑工程技术领域的高延性微损伤钢筋混凝土框架梁。
背景技术
地震灾害是土木工程结构面临的主要灾害之一，当前，减小结构地震损害的一个主要技术路径是采用延性抗震结构。在钢筋混凝土框架结构中，结构体系的主要抗震措施是在框架梁的端部区段设置延性构造措施，即通过设置具有良好屈服性能的纵向钢筋实现大震弯矩作用下的塑性耗能，同时通过箍筋加密措施提高梁端区段的抗剪承载力并在一定程度提高受压区混凝土的延性。
但是，上述传统抗震措施实现的代价是结构在大震下发生了不可恢复的塑性损伤乃至破坏，具体表现在：受拉纵筋因多次塑性屈服而硬化、脆化、伸长，无法继续使用；受压混凝土因多次往复高应变受压而酥碎，更为甚者，保护层处的混凝土往往大范围脱落。显然，这种结果无法满足当前工程结构向高坚韧性方向发展的要求。
解决上述问题需要从两个方面入手，一是实现纵筋的高延性微损伤，二是实现受压混凝土的高延性微损伤。前者已经有相关技术出现，后者则尚无相关技术。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中存在的不足之处，提供一种结构简单、能有效约束提高箍内混凝土大震受压延性、减小大震受压损伤、同时有效防止保护层在大震下受压脱落的高延性微损伤钢筋混凝土框架梁。
技术方案：本发明的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，包括梁混凝土、普通纵筋、高延性纵筋和普通箍筋，所述框架梁的端部间隔设有多个局部约束箍筋，框架梁的端面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁端泄压槽；从框架梁端面开始，向着其跨中方向，间隔一定距离沿着框架梁横截面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁身泄压槽，其中最远的一个梁身泄压槽与框架梁端面之间的距离等于框架梁的横截面高度。
所述的局部约束箍筋包括大圈封闭箍筋和封闭环形约束筋，封闭环形约束筋为封闭环状钢筋，对称倾斜套装在大圈封闭箍筋的两个下部角区并绑扎，呈V字形，封闭环的外形呈跑道形，封闭环的内空宽度等于大圈封闭箍筋的直径，封闭环的内空长度以及封闭环形约束筋的数量根据组装要求确定。
所述的多个局部约束箍筋的间距为50mm-100mm，沿框架梁纵向的分布长度等于框架梁的横截面高度。
所述的大圈封闭箍筋为一圈封闭环状钢筋，环的外形与梁混凝土的横截面外形相匹配。
所述的封闭环形约束筋的倾斜角度为40-50度，同一组两相邻封闭环形约束筋的底端水平或顶端竖向间距等于大圈封闭箍筋直径的3倍且大于25mm。
所述的梁身泄压槽的间隔距离为50mm-100mm。
所述的梁端泄压槽的横断面呈半V字形。
所述的梁身泄压槽的横断面呈全V字形。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明实现了对受压混凝土的有效约束以提高箍内混凝土的大震受压延性、减小大震受压损伤；同时，通过在受压混凝土表面设置泄压槽以防止保护层在大震下受压脱落。利用局部约束箍筋解决了受压混凝土大震延性较差、损伤过大的问题，并配合既有高延性微损伤纵筋技术，实现钢筋混凝土框架梁的高延性微损伤目标。与现有技术相比，主要优点如下：
1)采用封闭环形约束筋对常规矩形箍筋的水平肢和竖向肢形成拉结作用，从而能够对箍筋内混凝土的横向变形形成约束，继而保护箍筋内部混凝土免于压碎，提高了箍筋内部混凝土的受压能力；
2)在受压区混凝土保护层中设置了泄压槽，使得受压区混凝土保护层内的压应力无法大幅度升高，从而可以保护受压区混凝土保护层不被压碎而脱落。
3)本技术与既有高延性微损伤纵筋技术相结合，可以使钢筋混凝土框架梁达到全面高延性微损伤目标，为提高钢筋混凝土框架结构的坚韧性提供了有效技术。
附图说明
图1为本发明高延性微损伤钢筋混凝土框架梁的结构示意图；
图2为本发明梁混凝土的结构示意图；
图3为本发明局部约束箍筋的结构示意图；
图4为本发明实施例一的结构示意图；
图5为本发明实施例二的结构示意图；
图6为本发明实施例三的结构示意图。
图中：1-梁混凝土；1-1-梁端泄压槽；1-2-梁身泄压槽；1-3-梁预制混凝土；1-4-梁叠合混凝土；2-普通纵筋；3-高延性纵筋；4-普通箍筋；5-局部约束箍筋；5-1-大圈封闭箍筋；5-2-封闭环形约束筋；6-高延性预应力筋；7-锚头；101-现浇柱；201-预制上柱；202-预制下柱；203-后浇节点；301-预制柱。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：
图1所示，本发明的高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，主要由梁混凝土1、普通纵筋2、高延性纵筋3、普通箍筋4、局部约束箍筋5构成；所述框架梁的端部间隔设有多个局部约束箍筋5，所述的局部约束箍筋5包括大圈封闭箍筋5-1和封闭环形约束筋5-2，封闭环形约束筋5-2为封闭环状钢筋，对称倾斜套装在大圈封闭箍筋5-1的两个下部角区并绑扎，呈V字形，封闭环的外形呈跑道形，封闭环的内空宽度等于大圈封闭箍筋5-1的直径，封闭环的内空长度以及封闭环形约束筋5-2的数量根据组装要求确定。多个局部约束箍筋5的间距为50mm-100mm，沿框架梁纵向的分布长度等于框架梁的横截面高度。所述的大圈封闭箍筋5-1为一圈封闭环状钢筋，环的外形与梁混凝土1的横截面外形相匹配。所述的封闭环形约束筋5-2的倾斜角度为40-50度，最佳倾斜角度为45度，同一组两相邻封闭环形约束筋5-2的底端水平或顶端竖向间距等于大圈封闭箍筋5-1直径的3倍且大于25mm。框架梁的端面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁端泄压槽1-1，梁端泄压槽1-1的横断面呈半V字形。从框架梁端面开始，向着其跨中方向，间隔一定距离沿着框架梁横截面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁身泄压槽1-2，其中最远的一个梁身泄压槽1-2与框架梁端面之间的距离等于框架梁的横截面高度。所述的梁身泄压槽1-2的间隔距离为50mm-100mm，梁身泄压槽1-2的横断面呈全V字形。所述普通纵筋2和普通箍筋4分别为常规钢筋混凝土结构中所采用的纵筋和箍筋；所述高延性纵筋3为高延性微损伤纵筋。
图2所示，所述梁混凝土1的外形总体与常规钢筋混凝土梁的外形一致，优选的为长方体形；在梁的端面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁端泄压槽1-1，所述梁端泄压槽1-1的横断面呈半V字形；从梁端面开始，向着梁跨中方向，每隔50mm-100mm的距离，沿着梁横截面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁身泄压槽1-2，其中最远的一个梁身泄压槽与梁端面之间的距离优选的可取等于梁的横截面高度；梁身泄压槽1-2的横断面呈全V字形。
图3所示，局部约束箍筋5由大圈封闭箍筋5-1和封闭环形约束筋5-2组装而成。组装时，将若干个封闭环形约束筋分为对称两组、每组组内相互平行、斜着套进大圈封闭箍筋5-1的两个下部角区并绑扎；优选的，封闭环形约束筋5-2的倾斜角度为45度，水平(或竖向)间距等于大圈封闭箍筋5-1的直径的3倍且大于25mm。优选的，所述局部约束箍筋5的间距为50mm-100mm，沿梁纵向的分布长度等于梁的横截面高度。
大震工作时：梁端部区段将承受很大的负弯矩，在该区段各截面的上部会产生很大的拉力、下部会产生很大的压力；上部的拉力由高延性纵筋3承受，下部的压力由混凝土承受。当截面下部混凝土承受很大压力时，混凝土就会产生沿着横截面的膨胀变形趋势，这种趋势无法受到传统普通箍筋的约束，因为传统普通箍筋的水平肢和竖向肢都是直线型钢筋，无法抑制垂直于其纵向的变形，因而混凝土会被压碎。而在本技术中，这种膨胀变形却会受到局部约束箍筋5的约束，因为局部约束箍筋5中，大圈封闭箍筋5-1的水平肢和竖向肢在各自垂直方向都受到了封闭环形约束筋5-2的拉结，从而能够对混凝土的横向变形形成约束，继而保护大圈封闭箍筋5-1内部的混凝土免于压碎。然而，大圈封闭箍筋5-1外部的混凝土(即保护层混凝土)却得不到局部约束箍筋5的约束，因而，传统设计中保护层混凝土很容易被压碎而脱落，而在本技术中，由于在受压区混凝土保护层中设置了梁端泄压槽1-1和梁身泄压槽1-2，使得受压区混凝土保护层内的压应力无法大幅度升高，从而保护了受压区混凝土保护层不被压碎而脱落。
下面结合实施例对本发明作出进一步的说明：
实施例一、如图4所示，本发明高延性微损伤钢筋混凝土框架梁在现浇钢筋混凝土框架结构中的应用实施例：该实施例中，梁混凝土1与现浇柱101的混凝土整体浇筑，然后通过切割等手段在梁混凝土1的有关部位形成梁端泄压槽1-1和梁身泄压槽1-2；在框架梁的端部间隔设置多个局部约束箍筋5，普通纵筋2、高延性纵筋3、普通箍筋4按常规设置，其中普通纵筋2、高延性纵筋3深入现浇柱101内锚固。
实施例二、如图5所示，本发明高延性微损伤钢筋混凝土框架梁在装配整体式钢筋混凝土框架结构中的应用实施例：该实施例中，梁混凝土1由梁预制混凝土1-3及梁叠合混凝土1-4组成，然后与预制上柱201、预制下柱202、后浇节点203共同组成框架单元。其中，梁预制混凝土1-3的有关部位通过切割等手段形成梁端泄压槽1-1和梁身泄压槽1-2；在框架梁的端部间隔设有多个局部约束箍筋5，普通纵筋2、高延性纵筋3、普通箍筋4仍按常规设置，其中普通纵筋2、高延性纵筋3深入后浇节点203内锚固。
实施例三、如图6所示，本发明高延性微损伤钢筋混凝土框架梁在预压装配全预制钢筋混凝土框架结构中的应用实施例：该实施例中，梁混凝土1与普通纵筋2、普通箍筋4、局部约束箍筋5一体预制，然后通过切割等手段在梁混凝土1的有关部位形成梁端泄压槽1-1和梁身泄压槽1-2；其中，局部约束箍筋5由大圈封闭箍筋5-1和封闭环形约束筋5-2组装而成普通纵筋2、高延性纵筋3、普通箍筋4按常规设置；预制梁和预制柱301通过高延性预应力筋6及锚头7预压连接。

Claims (8)

1.一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，包括梁混凝土、普通纵筋、高延性纵筋和普通箍筋，其特征在于：所述框架梁的端部间隔设有多个局部约束箍筋，框架梁的端面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁端泄压槽；从框架梁端面开始，向着其跨中方向，间隔一定距离沿着框架梁横截面周长下半圈设置有呈U字形分布的梁身泄压槽，其中最远的一个梁身泄压槽与框架梁端面之间的距离等于框架梁的横截面高度。
2.根据权利要求1所述的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，其特征在于：所述的局部约束箍筋包括大圈封闭箍筋和封闭环形约束筋，封闭环形约束筋为封闭环状钢筋，对称倾斜套装在大圈封闭箍筋的两个下部角区并绑扎，呈V字形，封闭环的外形呈跑道形，封闭环的内空宽度等于大圈封闭箍筋的直径，封闭环的内空长度以及封闭环形约束筋的数量根据组装要求确定。
3.根据权利要求1或2所述的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，其特征在于：所述的多个局部约束箍筋的间距为50mm-100mm，沿框架梁纵向的分布长度等于框架梁的横截面高度。
4.根据权利要求2所述的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，其特征在于：所述的大圈封闭箍筋为一圈封闭环状钢筋，环的外形与梁混凝土的横截面外形相匹配。
5.根据权利要求2所述的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁的应用，其特征在于：所述的封闭环形约束筋的倾斜角度为40-50度，同一组两相邻封闭环形约束筋的底端水平或顶端竖向间距等于大圈封闭箍筋直径的3倍且大于25mm。
6.根据权利要求1所述的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，其特征在于：所述的梁身泄压槽的间隔距离为50mm-100mm。
7.根据权利要求1所述的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，其特征在于：所述的梁端泄压槽的横断面呈半V字形。
8.根据权利要求1所述的一种高延性微损伤钢筋混凝土框架梁，其特征在于：所述的梁身泄压槽的横断面呈全V字形。
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