CN113846775A - 带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙 - Google Patents

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CN113846775A CN202111230770.1A CN202111230770A CN113846775A CN 113846775 A CN113846775 A CN 113846775A CN 202111230770 A CN202111230770 A CN 202111230770A CN 113846775 A CN113846775 A CN 113846775A
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Abstract

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙。本发明，包括墙面板，所述的墙面板上设有钢墙体骨架，所述的钢墙体骨架内设有自复位耗能支撑组件和抗拔件，所述的抗拔件一端与钢墙体骨架相连，另一端与自复位耗能支撑组件相连，所述的钢墙体骨架上设有自攻螺钉，所述的自复位耗能支撑组件和抗拔件之间设有花篮螺栓。本发明通过设置自复位耗能支撑组件，在使用过程中，耗能支撑与冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙连接方式为螺栓连接，支撑内部的杆件为螺母连接，便于装配且可以避免因为施工人员技术素质不过硬而引起的问题；建筑拆除后，刚才可以回收利用，减少建筑垃圾的产生。

Description

带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙。
背景技术
冷弯薄壁型钢结构体系是近30余年发展形成的一种新型结构体系，与传统的热轧型钢和钢筋混凝土结构相比，冷弯型钢结构具有轻质高强，抗震性能好，保温性能好，绿色环保等优点。但是存在造价高，不易于恢复的缺点。冷弯薄壁型钢住宅体系在国外已经发展多年，在部分发达国家已经得到普遍运用，实践证明，该结构体系具有装配化程度高、施工周期短、材料重复利用率高和湿作业较少等优点。近年来，随着我国推进装配式建筑工业化的发展，对冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙，也越来越重视。
现有冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙，缺少对自复位耗能支撑的研究。冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙具有初始刚度大，承载力高等优点，但其延性及极限变形能力较差。震后恢复成本较高，所以研究自复位耗能支撑，帮助耗散地震能量，同时也可以让结构自复位，在中小地震情况下能继续使用。在大震情况下，能够减少地震带来的结构损伤，不造成人员伤亡。
为了克服现有技术的不足，人们经过不断探索，提出了各种各样的解决方案，如中国专利公开了一种大变形耗能可复位易修复伸臂桁架体系[申请号：201810467934.4]，伸臂桁架体系包括：剪力墙；框架柱；伸臂桁架，伸臂桁架设在剪力墙与框架柱之间，伸臂桁架包括：上弦杆；下弦杆，下弦杆与上弦杆彼此平行间隔布置且下弦杆位于上弦杆的下方；两个自复位耗能型支撑段，两个自复位耗能型支撑段的上端朝向彼此设置且与上弦杆相连，两个自复位耗能型支撑段的下端远离彼此设置且与下弦杆相连；其中，上弦杆和下弦杆均为弦杆且均包括多段，该伸臂桁架体系还包括防屈曲截面削弱耗能连接段，连接在水平相邻的两段弦杆之间。根据本发明实施例的大变形耗能可复位易修复伸臂桁架体系，具有充分的延性变形能力和残余变形控制能力，震后修复简便，可提升结构的地震功能可恢复性能。但是该方案不适用于冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙结构，且其耗散地震能量的效果和自复位特性较为一般。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，包括墙面板，所述的墙面板上设有钢墙体骨架，所述的钢墙体骨架内设有自复位耗能支撑组件和抗拔件，所述的抗拔件一端与钢墙体骨架相连，另一端与自复位耗能支撑组件相连，所述的钢墙体骨架上设有自攻螺钉，所述的自复位耗能支撑组件和抗拔件之间设有花篮螺栓，所述的自复位耗能支撑组件在钢墙体骨架内斜向布置形成交叉X型或在钢墙体骨架两侧各斜向布置，形成八字型。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的钢墙体骨架包括边立柱、中间立柱和上下导梁，所述的边立柱、中间立柱和上下导梁通过自攻螺钉连接形成矩形框架。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的边立柱由两根C型钢背靠背抵接构成，相抵接的两根C型钢之间通过双排自攻螺钉相连，所述的边立柱的横截面呈工字型。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的中间立柱中部设有方形口，所述的上下导梁内设有花篮螺栓孔。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的自复位耗能支撑组件包括钢外管，所述的钢外管内设有钢内管，所述的钢内管外侧设有圆环形摩擦板，所述的钢外管内侧设有高强硅橡胶圈，所述的圆环形摩擦板的长度与钢内管的长度相同，所述的高强硅橡胶圈的长度与钢外管的长度相同。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的钢内管两侧设有内管挡板，所述的钢外管两侧设有外管挡板，所述的内管挡板与外管挡板之间设有若干挂钩弹簧，所述的挂钩弹簧内设有伸缩杆，所述的伸缩杆一端与内管挡板相连，另一端与外管挡板相连。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的外管挡板上设有单侧螺纹连接杆，所述的单侧螺纹连接杆远离外管挡板一端设有全螺纹连接杆和带杆轴承，所述的带杆轴承与抗拔件之间通过花篮螺栓相连。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的全螺纹连接杆与单侧螺纹连接杆之间通过螺母相螺接，所述的带杆轴承与全螺纹连接杆之间也通过螺母相螺接，所述的单侧螺纹连接杆与外管挡板通过焊接连接。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的抗拔件包括侧板、后连接板和底板，所述的侧板内设有螺栓孔，所述的螺栓孔与带杆轴承的位置相对应。
在上述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙中，所述的后连接板内设有自攻螺钉孔，所述的后连接板与边立柱之间通过自攻螺钉相连，所述的底板内设有花篮螺栓孔。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过设置自复位耗能支撑组件，在使用过程中，耗能支撑与冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙连接方式为螺栓连接，支撑内部的杆件为螺母连接，便于装配且可以避免因为施工人员技术素质不过硬而引起的问题；建筑拆除后，刚才可以回收利用，减少建筑垃圾的产生。
2、本发明通过设置高强硅橡胶，采用硫黄硫化，可以调高拉伸强度，帮助耗散地震能量，便于结构复位。使得冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙抗侧刚度增大，耗能能力增强，残余变形减小。
3、本发明通过设置挂钩弹簧可以拉压，而且通过伸缩杆防止发生屈曲破坏。支撑两侧的带杆轴承可以在螺栓中自由转动，避免在墙体变形中发生挤压破坏。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1示出钢墙体骨架示意图
图2示出边立柱俯视截面图
图3示出边立柱侧视截面图
图4示出自复位耗能支撑组件示意图
图5示出自复位耗能支撑组件局部透视图
图6示出自复位耗能支撑组件分解示意图
图7示出自复位耗能支撑杆件连接示意图
图8示出钢墙体骨架和支撑安装示意图
图9示出钢墙体骨架和支撑安装分解示意图
图10示出抗拔连接件轴测图
图11示出抗拔件示意图
图12示出实施例2的结构示意图
图中：钢墙体骨架1、边立柱101、中间立柱102、上下导梁103、自复位耗能支撑组件2、钢外管201、钢内管202、钢内管外侧摩擦板203、高强硅橡胶圈204、挂钩弹簧205、伸缩杆206、内侧挡板207、外管挡板208、单侧螺纹连接杆209、全螺纹连接杆210、螺母211和带杆轴承212、抗拔件3、抗拔件侧板301、后连接板302、底板303、自攻螺钉4、花篮螺栓5、墙面板6、冷弯薄壁型C型截面钢7、冷弯薄壁型U形截面钢8、螺栓9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
实施例1
如图1-11所示，一种带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，包括墙面板6，所述的墙面板6上设有钢墙体骨架1，所述的钢墙体骨架1内设有自复位耗能支撑组件2和抗拔件3，所述的抗拔件3一端与钢墙体骨架1相连，另一端与自复位耗能支撑组件2相连，所述的钢墙体骨架1上设有自攻螺钉4，所述的自复位耗能支撑组件2和抗拔件3之间设有花篮螺栓5，所述的自复位耗能支撑组件2在钢墙体骨架1内斜向布置形成交叉X型或在钢墙体骨架1两侧各斜向布置，形成八字型。
在本实施例中，通过设置自复位耗能支撑组件，在使用过程中，耗能支撑与冷弯薄壁型钢龙骨式剪力墙连接方式为螺栓连接，支撑内部的杆件为螺母连接，便于装配且可以避免因为施工人员技术素质不过硬而引起的问题；建筑拆除后，刚才可以回收利用，减少建筑垃圾的产生。
结合图1-11所示，所述的钢墙体骨架1包括边立柱101、中间立柱102和上下导梁103，所述的边立柱101、中间立柱102和上下导梁103通过自攻螺钉4连接形成矩形框架。
具体地说，其中立柱采用冷弯薄壁型C型截面钢7，上下导梁采用冷弯薄壁型U形截面钢8。试件的边立柱采用双柱截面，两根C型钢背靠背放置，并通过双排自攻螺钉连接而成，形成边立柱101，上下导梁103由冷弯薄壁型U形截面钢8钻花篮螺栓孔加工形成。
结合图1-11所示，自复位耗能支撑组件2包括钢外管201、钢内管202、钢内管外侧摩擦板203、高强硅橡胶圈204、挂钩弹簧205、伸缩杆206、内管挡板207、外管挡板208、单侧螺纹连接杆209、全螺纹连接杆210、螺母211和带杆轴承212。钢外管201采用长圆柱形薄壁钢管，钢内管202采用短圆柱形薄壁钢管。钢内管外侧放置与它等长的圆环形摩擦板203。钢外管内侧放置与它等长的高强硅橡胶圈204。挂钩弹簧是由弹簧两侧设置两个挂钩，弹簧既可以拉伸又可压缩。挂钩弹簧里面套置伸缩杆206，可随着弹簧的变形进行拉压，防止弹簧出现屈曲。内管两侧放置内管挡板207，其中一个内管挡板207为圆型薄片开设两个孔，方便与挂钩弹簧相连，另一个内管挡板207也为圆形薄片。外管两侧放置外管挡板208，其中一个外管挡板208为圆型薄片开设三个孔，其中两孔为方便与挂钩弹簧相连，另一个孔为令单侧螺纹连接杆209穿过所设。另一个外管挡板208也为圆形薄片。单侧螺纹连接杆209为一侧螺纹的圆柱形实心长杆，单侧螺纹连接杆209与内侧挡板207焊接，另一侧与外管挡板208焊接。全螺纹连接杆210通过螺母211和单侧螺纹连接杆相连。带杆轴承212通过螺母211与全螺纹连接杆210相连。杆件通过螺母进行装配，方便拆卸更换。
抗拔件3由侧板301、后连接板302和303底板焊接而成。其中两侧板分别开设螺栓孔，方便与带杆轴承212进行装配,通过螺栓9进行连接。后连接板开设自攻螺钉孔，通过自攻螺钉与边立柱101相连。底板开设花篮螺栓孔，方便通过花篮螺栓与导梁相连。每个剪力墙试件设置有四个抗拔件，边角柱各一个。抗拔件防止墙体的整体倾覆，提高承载力。
自复位耗能支撑组件2与钢墙体骨架1相连，通过钢墙体骨架1上加设的抗拔件3与自复位耗能支撑组件2上的轴承212用花篮螺栓5连接。自复位耗能支撑组件2在钢墙体骨架1上斜向布置，形成交叉X型，稳定性较好。
墙面板6中的材料为0.9-3mm波纹钢板、石膏板或OSB板与冷弯薄壁型钢墙体骨架1通过自攻螺钉4相连,与边立柱101、上下导轨相连时自攻螺钉4的间距小于等于180mm，与C型竖直中立柱102相连时自攻螺钉4的间距小于等于360mm。
钢墙体骨架1的中U型钢8和C型钢7为壁厚0.9mm-3mm的冷弯薄壁型钢，强度为LQ550；花篮螺栓5的型号为M16。
薄壁钢管内管202，薄壁钢管外管201，外管内侧的圆形薄壁环形状的高强硅橡胶圈204和摩擦板203进行摩擦耗能，而且高强硅橡胶圈204具有良好的抗张强度，在地震时能出现较大变形并消耗地震能量，且在地震结束后帮助挂钩弹簧205恢复原来的形状，帮助墙体复位。外管挡板208顶端和内管挡板207顶端放置的挂钩弹簧205，可在地震后可帮助复位。
其中，墙体的生产制作过程:
具体实施时首先根据准备下料好冷弯薄壁C型钢7和冷弯薄壁U型钢8，将下料好的冷弯薄壁C型钢7背靠背放置，用自攻螺钉连接，形成I型边立柱101:将下料好的冷弯薄壁U型钢8钻花篮螺栓孔加工成上下导轨103；将下料好的冷弯薄壁C型钢7腹板中部开合适大小的长方形口加工成C型中立柱102；进行预定位然后根据螺钉布置形式用自攻螺钉4连接成冷弯薄壁型钢墙体骨架1；
按照抗拔连接件3的具体要求尺寸下料好侧板301、后连接板302、底板303。并在侧板301钻螺栓口，后连接板302钻自攻螺钉孔，底板303钻花篮螺栓孔；
将上述冷弯薄壁墙体骨架1、抗拔连接件3安装就位，并用自攻螺钉4将抗拔连接件3固定在边立柱101上,然后将花篮螺栓5上端拧入抗拔连接件3中，并与U型上下导轨103相连；
将自复位耗能支撑组件2斜向穿入冷弯薄壁型钢骨架1，形成交叉的X型；通过钢墙体骨架1上加设的抗拔件3与自复位耗能支撑组件2上的轴承212用花篮螺栓5连接。
自复位耗能支撑组件2的生产制作过程：首先将内管挡板207钻四个孔，孔大小比挂钩弹簧205的挂钩直径稍大，在将外管挡板208钻五个孔，中间钻与连接杆209直径稍大的孔，钻四个与挂钩弹簧205的挂钩直径稍大的孔。
将内挡板207焊接上单侧螺纹连接杆209，单侧螺纹连接杆209通过外挡板208中间孔。再挂钩弹簧205分别放置在两个伸缩杆206上，将两侧挂钩分别钩住内挡板207和外挡板208，将两侧内挡板焊接在内管202上，内管外侧放置摩擦板203，再将外管201焊接上挡板208，外管201内侧填充入高强硅橡胶圈204，再将外挡板208-2焊接在外管201上。外挡板208焊接单侧螺纹连接杆209。
将单侧螺纹连接杆209与全螺纹连接杆210通过螺母211相连。全螺纹连接杆210与带杆轴承212通过螺母211相连。
实施例2
结合图12所示，自复位耗能支撑组件2与钢墙体骨架1相连，通过钢墙体骨架1上加设的抗拔件3与自复位耗能支撑2上的轴承212用花篮螺栓5连接。自复位耗能支撑2在钢墙体骨架1上中立柱两侧各斜向布置，形成八字型。
本实施例中，采用八字形支撑结构，增强了钢墙体骨架1、边立柱101和墙面板6之间的结构强度，增强承载能力和刚度，可应用于不同场景，实用性较强。
本发明的工作原理是：
初始状态：自复位耗能支撑组件2斜向布置在剪力墙的抗拔件3上，增强承载能力和刚度。应用时保持高强硅橡胶不产生变形，挂钩弹簧205不受力的状态。
加载时：当墙体受到水平作用力时，圆环形摩擦板203和钢外管201会进行摩擦，产生拉伸方向，相向方向的运动，此时高强硅橡胶圈204会产生变形，帮助剪力墙消耗地震能量，一侧内管挡板207和外管挡板208连接的挂钩弹簧205也会产生压缩变形。若是产生压缩方向，相反方向的运动，圆环形摩擦板203和高强硅橡胶圈204摩擦会消耗地震能量，同时高强硅橡胶圈204变形也会消散地震能量，一侧内侧挡板207和外管挡板208连接的挂钩弹簧205也会产生拉伸变形。
卸载时：高强硅橡胶圈204会产生收缩变形，此时挂钩弹簧205会试图恢复原状，帮助高强硅橡胶圈204收缩，同时带动结构复位。具有优异的耗能能力和自复位能力，减少甚至消除在发生水平作用力下的残余变形。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神。
尽管本文较多地使用钢墙体骨架1、边立柱101、中间立柱102、上下导梁103、自复位耗能支撑组件2、钢外管201、钢内管202、钢内管外侧摩擦板203、高强硅橡胶圈204、挂钩弹簧205、伸缩杆206、内侧挡板207、外管挡板208、单侧螺纹连接杆209、全螺纹连接杆210、螺母211和带杆轴承212、抗拔件3、抗拔件侧板301、后连接板302、底板303、自攻螺钉4、花篮螺栓5、墙面板6、冷弯薄壁型C型截面钢7、冷弯薄壁型U形截面钢8、螺栓9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，包括墙面板(6)，其特征在于，所述的墙面板(6)上设有钢墙体骨架(1)，所述的钢墙体骨架(1)内设有自复位耗能支撑组件(2)和抗拔件(3)，所述的抗拔件(3)一端与钢墙体骨架(1)相连，另一端与自复位耗能支撑组件(2)相连，所述的钢墙体骨架(1)上设有自攻螺钉(4)，所述的自复位耗能支撑组件(2)和抗拔件(3)之间设有花篮螺栓(5)，所述的自复位耗能支撑组件(2)在钢墙体骨架(1)内斜向布置形成交叉X型或在钢墙体骨架(1)两侧各斜向布置，形成八字型。
2.根据权利要求1所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的钢墙体骨架(1)包括边立柱(101)、中间立柱(102)和上下导梁(103)，所述的边立柱(101)、中间立柱(102)和上下导梁(103)通过自攻螺钉(4)连接形成矩形框架。
3.根据权利要求2所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的边立柱(101)由两根C型钢背靠背抵接构成，相抵接的两根C型钢之间通过双排自攻螺钉相连，所述的边立柱(101)的横截面呈工字型。
4.根据权利要求3所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的中间立柱(102)中部设有方形口，所述的上下导梁(103)内设有花篮螺栓孔。
5.根据权利要求4所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的自复位耗能支撑组件(2)包括钢外管(201)，所述的钢外管(201)内设有钢内管(202)，所述的钢内管(202)外侧设有圆环形摩擦板(203)，所述的钢外管(201)内侧设有高强硅橡胶圈(204)，所述的圆环形摩擦板(203)的长度与钢内管(202)的长度相同，所述的高强硅橡胶圈(204)的长度与钢外管(201)的长度相同。
6.根据权利要求5所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的钢内管(202)两侧设有内管挡板(207)，所述的钢外管(201)两侧设有外管挡板(208)，所述的内管挡板(207)与外管挡板(208)之间设有若干挂钩弹簧(205)，所述的挂钩弹簧(205)内设有伸缩杆(206)，所述的伸缩杆(206)一端与内管挡板(207)相连，另一端与外管挡板(208)相连。
7.根据权利要求6所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的外管挡板(208)上设有单侧螺纹连接杆(209)，所述的单侧螺纹连接杆(209)远离外管挡板(208)一端设有全螺纹连接杆(210)和带杆轴承(212)，所述的带杆轴承(212)与抗拔件(3)之间通过花篮螺栓(5)相连。
8.根据权利要求7所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的全螺纹连接杆(210)与单侧螺纹连接杆(209)之间通过螺母(211)相螺接，所述的带杆轴承(212)与全螺纹连接杆(210)之间也通过螺母(211)相螺接，所述的单侧螺纹连接杆(209)与外管挡板(208)通过焊接连接。
9.根据权利要求8所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的抗拔件(3)包括侧板(301)、后连接板(302)和底板(303)，所述的侧板(301)内设有螺栓孔，所述的螺栓孔与带杆轴承(212)的位置相对应。
10.根据权利要求9所述的带自复位耗能支撑的波纹钢板覆面冷弯薄壁型剪力墙，其特征在于，所述的后连接板(302)内设有自攻螺钉孔，所述的后连接板(302)与边立柱(101)之间通过自攻螺钉相连，所述的底板(303)内设有花篮螺栓孔。
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