CN115434452A - 一种波纹钢板-混凝土组合墙 - Google Patents

一种波纹钢板-混凝土组合墙 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波纹钢板‑混凝土组合墙，包括波纹钢板混凝土墙肢元和高波波纹钢板；所述波纹钢板混凝土墙肢元包括设在组合墙肢端的多个肢端型钢、位于多个肢端型钢之间成对布置形成闭口腔的矮波波纹钢板和填充在闭口腔内的混凝土；所述的高波波纹钢板设在波纹钢板混凝土墙肢元之间，所述的矮波波纹钢板与高波波纹钢板的波纹波峰平行，矮波波纹钢板的波高小于高波波纹钢板的波高。利用波纹钢板优越的抗剪性能，节省成本，增加建筑使用空间，并进一步提升组合墙的施工性能和力学性能。可增大高波波纹钢板的宽厚比，从而大大减少纵向传力件的数量和焊接量，显著提高了结构的施工效率，降低施工成本。

Description

一种波纹钢板-混凝土组合墙
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种波纹钢板-混凝土组合墙。
背景技术
在建筑工业化时代，钢管混凝土的无模施工优势越来越受到工程界的欢迎。现在市场出现多种形式的多腔钢板组合墙。研究表明多腔钢板组合墙具有良好的力学性能，但传统组合墙仍存在如下问题：1)用钢量大：为防止钢管壁的过早屈曲，钢管腔的宽厚比要求较高，宽厚比的减小将增大钢管腔的数量和钢管壁厚，增大用钢量，增加材料成本。2)焊接量大且焊接难：一方面钢管墙数的增加会增大腔体之间的焊接量；另一方面，现场上下组合墙的焊接困难，墙体内部的钢管壁很难焊接，降低施工速度，增加施工成本。3)保温防火维护结构施工难度大：传统组合墙外表平整，增大保温防火等维护结构的施工难度，辅助件将增大墙体的厚度，减小建筑使用空间。
为此，本课题组研究人员前期试验发现由于波纹钢板具有独特的外观形状和优越的力学性能，波纹钢板约束混凝土具有良好的抗压和抗震性能，如图1所示。专利号ZL201922169074.9，公开号CN201911241678.8公开的“一种波纹钢管混凝土柱”和专利号ZL201922169961.6，公开号CN201911257159.0公开的“一种型钢与波纹钢板组合的混凝土异型构件”，均是随着楼层高度的增加，剪力墙的抗侧刚度、承载力和抗震延性需求日益提高，墙肢的长度随之增加，长墙肢的用钢量大和焊接量大等问题仍然突出，上述技术不能很好地满足相关设计要求，因此迫切需要研发更加高性能的波纹钢-混凝土组合抗侧力结构体系。
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，提供一种高性能波纹钢板-混凝土组合墙，利用波纹钢板优越的抗剪性能，节省成本，增加建筑使用空间，进而进一步提升组合墙的施工性能和力学性能。
技术方案：本发明的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：它包括波纹钢板混凝土墙肢元和高波波纹钢板；所述波纹钢板混凝土墙肢元包括设在组合墙肢端的多个肢端型钢、位于多个肢端型钢之间成对布置形成闭口腔的矮波波纹钢板和填充在闭口腔内的混凝土；所述的高波波纹钢板设在波纹钢板混凝土墙肢元之间，所述的矮波波纹钢板与高波波纹钢板的波纹波峰平行，矮波波纹钢板的波高小于高波波纹钢板的波高，矮波波纹钢板和高波波纹钢板的厚度不小于1.5mm。
所述的矮波波纹钢板和高波波纹钢板的波纹为正弦波纹、矩形波纹或梯形波形的一种。
所述高波波纹钢板的波高不大于所述肢端型钢的宽度。
所述的矮波波纹钢板和高波波纹钢板上设有加劲件。
所述的加劲件根据受力需要竖向布置或水平布置，加劲件为栓钉、平钢板、矩形钢管、角钢、槽钢、T字钢或H型钢的一种。
所述的波纹钢板混凝土墙肢元和高波波纹钢板的组合墙为“一”字型或具有转角的多边开口或闭口形状；具有转角的多边开口或闭口形状的转角处设置有转角柱，转角柱为多边形钢管混凝土柱、带平面板翼缘的十字截面柱和T型组合截面柱的一种。
所述具有转角的多边开口或闭口形状包括L型、T型、C型、Z型、口字型、或日字型开口形状或闭口形状。
所述的波纹钢板混凝土墙肢元与高波波纹钢板的连接为焊接或螺栓连接。
所述的混凝土为素混凝土、纤维混凝土、配筋混凝土和型钢混凝土的一种。
所述肢端型钢为平钢板、H型钢、槽钢和矩形钢管的一种。
有益效果：本发明利用波纹钢板优越的抗剪性能，节省成本，增加建筑使用空间，并进一步提升组合墙的施工性能和力学性能。与现有技术相比的优势之处在于：
1.相对于平钢板，波纹钢板采用较小的厚度可以取得较大的平面外刚度，能避免钢板的抗屈曲性能，从而提高整体结构的承载力和延性，同时显著降低结构的用钢量，节约材料成本。经申请人的前期试验发现，波纹钢板约束混凝土具有优越的抗压和抗震性能，如图1所示。
2.波纹钢板具有很高的剪切刚度，高波纹钢板可以很好地耦联波纹钢板混凝土墙肢元，使得各波纹钢板混凝土墙肢元协同受力，显著地提升了组合墙的抗侧刚度和抗侧承载力。
3.组合墙可以使得高波波纹钢板为第一道抗震防线，高波波纹钢板塑性耗能提高了组合墙的耗能能力和抗震延性，避免了波纹钢板混凝土墙肢元底部塑性铰的过早出现，保护整体的抗震安全。
4.矮波波纹钢板和高波波纹钢板不承担竖向荷载，对组合墙的波纹钢板开洞对结构的整体受力性能的影响小。
5.相对于传统的多腔组合墙，本发明的波纹钢板特别是高波波纹钢板的宽厚比可以增大，大大减少了纵向传力件的数量和焊接量，显著提高了结构的施工效率，降低施工成本。
6.高波波纹钢板的凹槽内可填充保温隔音材料，也可隐藏固定面层板的龙骨，有利于提高墙体的工作性能和可装修性，减小墙体的整体厚度。
附图说明
图1是本波纹钢板约束混凝土的抗震破坏形态和抗震性能示意图。
图2是本发明的实施例1三维结构示意图。
图3是本发明的实施例2三维结构示意图。
图4是本发明的实施例3三维结构示意图。
图5是本发明的实施例4三维结构示意图。
图中：1-波纹钢板混凝土墙肢元；2-高波波纹钢板；3-转角柱；4-加劲件；11-肢端型钢；12-矮波波纹钢板；13-混凝土。
具体实施方式
下面将结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的一种波纹钢板-混凝土组合墙，包括波纹钢板混凝土墙肢元1和高波波纹钢板2；所述波纹钢板混凝土墙肢元1包括设在组合墙肢端的多个肢端型钢11、位于多个肢端型钢11之间成对布置形成闭口腔的矮波波纹钢板12和填充在闭口腔内的混凝土13；所述的高波波纹钢板2设在波纹钢板混凝土墙肢元1之间，所述的矮波波纹钢板12与高波波纹钢板2的波纹波峰平行，矮波波纹钢板12的波高小于高波波纹钢板2的波高，矮波波纹钢板12和高波波纹钢板2的厚度不小于1.5mm；所述高波波纹钢板的波高不大于所述肢端型钢11的宽度。
所述的矮波波纹钢板12和高波波纹钢板2的波纹为正弦波纹、矩形波纹或梯形波形的一种或多种；所述的矮波波纹钢板12和高波波纹钢板2上设有加劲件4；所述的加劲件4根据受力需要竖向布置或水平布置，加劲件4为栓钉、平钢板、矩形钢管、角钢、槽钢、T字钢或H型钢的一种或多种所述的波纹钢板混凝土墙肢元1和高波波纹钢板2的组合墙为“一”字型或具有转角的多边开口或闭口形状；具有转角的多边开口或闭口形状的转角处设置有转角柱，转角柱为多边形钢管混凝土柱、带平面板翼缘的十字截面柱和T型组合截面柱的一种或多种。具有转角的多边开口或闭口形状包括L型、T型、C型、Z型、口字型、或日字型开口形状或闭口形状；所述的波纹钢板混凝土墙肢元1与高波波纹钢板2的连接为焊接或端板螺栓连接；所述的混凝土13为素混凝土、纤维混凝土、配筋混凝土和型钢混凝土的一种。所述肢端型钢11为平钢板、H型钢、槽钢和矩形钢管的一种。
实施例1、
如图2所示，一种波纹钢板-混凝土组合墙，由两个波纹钢板混凝土墙肢元1和一块高波波纹钢板2组成一字型组合墙；所述波纹钢板混凝土墙肢元1由肢端型钢11、矮波波纹钢板12和混凝土13组成；所述肢端型钢11位于波纹钢板混凝土墙肢元1的两个肢端，位于波纹钢板混凝土墙肢元1的外侧端为平钢板，与高波波纹钢板2相连的内侧端为H型钢；所述肢端型钢11之间成对设置的矮波波纹钢板12形成一个大矩形闭口腔；所述矮波波纹钢板12中部设有一竖向平钢板的加劲件4，将大矩形闭口腔分割为两个小矩形闭口腔。该闭口腔内填充有混凝土13；该混凝土13为素混凝土；所述高波波纹钢板2的两端分别与两个波纹钢板混凝土墙肢元1内侧端的H型肢端型钢11的平面板端板螺栓连接。所述矮波波纹钢12板和高波波纹钢板2的波纹波峰正交于所述肢端型钢11的平面板，所述高波波纹钢板2的波高为所述肢端型钢11的宽度的0.6倍；矮波波纹钢板12和高波波纹钢板2的波纹形式为梯形波纹。高波波纹钢板2顶部设有平钢板的水平加劲件4以方便楼层板设置。
实施例2、
如图3所示，一种波纹钢板-混凝土组合墙为“一”字型两楼层组合墙，各层组合墙由三个波纹钢板混凝土墙肢元1和两块高波波纹钢板2组成；所述高波波纹钢板2在楼层高处设有水平放置的H型钢加劲件4用以支撑楼层板；三个波纹钢板混凝土墙肢元1由两个肢端型钢11、两块矮波波纹钢板12和混凝土13组成；所述肢端型钢11位于所述波纹钢板混凝土墙肢元1的肢端，所述肢端型钢11均为平钢板；所述肢端型钢11之间成对设置所述矮波波纹钢板12以形成矩形闭口腔；所述矮波波纹钢板12未设置加劲件4；所述矩形闭口腔内填充所述混凝土13；所述混凝土13为素混凝土；所述高波波纹钢板2与波纹钢板混凝土墙肢元1的平钢板肢端型钢11焊接连接。所述矮波波纹钢12板和高波波纹钢板2的波纹波峰正交于平钢板肢端型钢11，所述高波波纹钢板2的波高为所述肢端型钢11的宽度的0.75倍；所述矮波波纹钢板和高波波纹钢板的波纹形式为梯形波纹。
实施例3、
如图4所示，一种波纹钢板-混凝土组合墙为由三个波纹钢板混凝土墙肢元1和三块高波波纹钢板2组成的T字型组合墙；所述组合墙截面转角处设置了转角柱3；所述转角柱3为T型钢组合截面柱；各所述波纹钢板混凝土墙肢元1由肢端型钢11、矮波波纹钢板12和混凝土13组成；所述肢端型钢11位于所述波纹钢板混凝土墙肢元1的肢端，所述肢端型钢11为平钢板；所述肢端型钢11之间成对设置所述矮波波纹钢板12以形成大矩形闭口腔；所述两个波纹钢板混凝土墙肢元的所述矮波波纹钢板12设置有竖向加劲件4；所述一个波纹钢板混凝土墙肢元的所述矮波波纹钢板12未设置有竖向加劲件4；所述竖向加劲件为平钢板；所述大矩形闭口腔被竖向加劲件4分割为小闭口腔，所述闭口腔内填充所述混凝土13；所述混凝土13为素混凝土；所述高波波纹钢板2与所述波纹钢板混凝土墙肢元1的所述肢端型钢11的平面板焊接连接。所述矮波波纹钢12板和高波波纹钢板2的波纹波峰正交与所述肢端型钢11的平面板，所述高波波纹钢板2的波高为所述肢端型钢11的宽度的0.8倍；；所述矮波波纹钢板和高波波纹钢板的波纹形式为梯形波纹。
实施例4、
如图5所示，一种波纹钢板-混凝土组合墙由三个波纹钢板混凝土墙肢元1和两块高波波纹钢板2组成Z型组合墙；所述波纹钢板混凝土墙肢元1由肢端型钢11、矮波波纹钢板12和混凝土13组成；所述肢端型钢11位于所述波纹钢板混凝土墙肢元1的肢端，所述组合墙两个翼墙处的所述波纹钢板混凝土墙肢元1的一端肢端型钢11为平钢板，一端与高波波纹钢板2相连的肢端型钢为矩形钢管混凝土；所述组合墙腹墙处的所述波纹钢板混凝土墙肢元1的两个肢端型钢11为平钢板；所述肢端型钢11之间成对设置所述矮波波纹钢板12以形成闭口腔；所述闭口腔内填充所述混凝土13；所述混凝土13为素混凝土；所述一个翼墙处的波纹钢板混凝土墙肢元1的矮波波纹钢板12设有竖向加劲件4，所述竖向加劲件为平钢板；所述另一个翼墙处的波纹钢板混凝土墙肢元1的矮波波纹钢板12设有加劲件4，所述加劲件4为栓钉；所述腹墙处的波纹钢板混凝土墙肢元1的矮波波纹钢板12为设置加劲件4。所述高波波纹钢板2的一端与翼墙处的所述波纹钢板混凝土墙肢元1的所述肢端型钢11(矩形钢管混凝土)的平面板焊接连接，另一端与腹墙处的所述波纹钢板混凝土墙肢元1的所述肢端型钢11(平钢板)的平面板焊接连接。所述矮波波纹钢12板和高波波纹钢板2的波纹波峰正交与所述肢端型钢11的平面板，所述高波波纹钢板2的波高为所述肢端型钢11的宽度的0.8倍；所述矮波波纹钢板和高波波纹钢板的波纹形式为梯形波纹。所述高波波纹钢板2的顶部设置水平加劲件4方便楼层板设置，所述水平加劲件为平钢板；所述长的高波波纹钢板2设置竖向加劲件4，所述竖向加劲件为矩形钢管。

Claims (10)

1.一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：它包括波纹钢板混凝土墙肢元(1)和高波波纹钢板(2)；所述波纹钢板混凝土墙肢元(1)包括设在组合墙肢端的多个肢端型钢(11)、位于多个肢端型钢(11)之间成对布置形成闭口腔的矮波波纹钢板(12)和填充在闭口腔内的混凝土(13)；所述的高波波纹钢板(2)设在波纹钢板混凝土墙肢元(1)之间，所述的矮波波纹钢板(12)与高波波纹钢板(2)的波纹波峰平行，矮波波纹钢板(12)的波高小于高波波纹钢板(2)的波高，矮波波纹钢板(12)和高波波纹钢板(2)的厚度不小于1.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述的矮波波纹钢板(12)和高波波纹钢板(2)的波纹为正弦波纹、矩形波纹或梯形波形的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述高波波纹钢板(2)的波高不大于所述肢端型钢(11)的宽度。
4.根据权利要求1或2所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述的矮波波纹钢板(12)和高波波纹钢板(2)上设有加劲件(4)。
5.根据权利要求4所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述的加劲件(4)根据受力需要竖向布置或水平布置，加劲件(4)为栓钉、平钢板、矩形钢管、角钢、槽钢、T字钢或H型钢的一种。
6.根据权利要求1所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述的波纹钢板混凝土墙肢元(1)和高波波纹钢板(2)的组合墙为“一”字型或具有转角的多边开口或闭口形状；具有转角的多边开口或闭口形状的转角处设置有转角柱，转角柱为多边形钢管混凝土柱、带平面板翼缘的十字截面柱和T型组合截面柱的一种。
7.根据权利要求6所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述具有转角的多边开口或闭口形状包括L型、T型、C型、Z型、口字型、或日字型开口形状或闭口形状。
8.根据权利要求1或6所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述的波纹钢板混凝土墙肢元(1)与高波波纹钢板(2)的连接为焊接或螺栓连接。
9.根据权利要求1所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述的混凝土(13)为素混凝土、纤维混凝土、配筋混凝土和型钢混凝土的一种。
10.根据权利要求1所述的一种波纹钢板-混凝土组合墙，其特征在于：所述肢端型钢(11)为平钢板、H型钢、槽钢和矩形钢管的一种。
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