CN205857456U - 一种内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，所述剪力墙为钢筋混凝土剪力墙，所述剪力墙内部布置有至少一个纤维增强复合材料管，所述纤维增强复合材料管内填充有混凝土。本实用新型利用纤维增强复合材料(以下简称FRP)约束混凝土强度高、变形能力好，同时具有明显二阶刚度的特点，将FRP管置于墙体变形或者受力较大部位，如墙端、两个墙肢交叉处、多个墙肢交叉处位置中的一处或者多处，使组合剪力墙不仅具有变形能力强、受压区混凝土不易压碎的特点，还具有明显的二阶刚度使墙体在大变形时具有自复位功能，从而有效避免了现有钢管混凝土组合剪力墙“延性有余而自复位功能不足”的缺点。

Description

一种内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙

技术领域

本实用新型属于钢筋混凝土结构技术领域，具体涉及一种内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙。

背景技术

钢筋混凝土剪力墙是现代高层及超高层建筑结构中广泛使用的抗侧力构件，主要用于承受风荷载或地震作用引起的水平荷载，控制结构刚度，使结构在整体位移与层间位移方面满足结构设计要求。钢筋混凝土剪力墙一般由墙身及边缘构件组成。根据不同的抗震等级需要，边缘构件可以设计成构造边缘构件或约束边缘构件。一般通过增加边缘构件竖向受力筋以及箍筋来增加约束边缘构件的延性及承载力，从而增加钢筋混凝土墙整体的承载力及变形能力。

在普通钢筋混凝土剪力墙中，由于钢筋受力屈服后会出现明显的不可恢复的塑性变形，混凝土材料由于受拉强度较低，受压强度达到后会出现材料软化(应力下降)，传统混凝土墙体存在变形能力差、延性较低的特点，在强烈水平荷载作用下(如大震时)，钢筋混凝土剪力墙墙体可能出现受拉开裂、混凝土压碎等现象，使整体结构存在因为关键抗侧力构件变形过大导致的不可恢复破坏甚至倒塌的风险。结构设计中虽然可通过控制剪力墙的轴压比或增加剪力墙截面尺寸来达到避免上述问题的目的，但是可能导致墙体厚度、长度过大，这样不仅增加工程造价，而且可能影响建筑使用功能，导致结构设计与建筑设计难以协调的问题。为解决上述问题，公开号为CN100434601C的实用新型专利提出在钢筋混凝土的墙体两侧设置钢管混凝土边柱以增加剪力墙的承载力、抗震性能。上述专利利用钢管约束混凝土具有良好的变形能力及延行，将其置于受力较大的墙端位置能够增加墙体的变形能力及延行；然而，由于钢管屈服后钢管混凝土整体的自复位功能(self-centering)较弱，大震后结构依然可能出现不可修复的破坏。为此，中国专利公开号为CN102127941B及CN104088378B实用新型专利提出在墙端利用钢管混凝土的基础上，在墙身设置钢板以进一步增加墙身部分的延性及变形能力，此两专利除存在中国专利公开号CN100434601C的缺点外，还存在用钢量较大的问题，其他利用钢管混凝土的剪 力墙(如中国专利公开号CN202380606U,CN104818784A,CN202380574U,CN203808295U等)也均存在类似缺点(即无自复位功能)。中国专利公开号为CN201459963U的实用新型专利提出在边缘构件以及墙身全部或者部分配置高强钢筋、纤维增强复合材料筋使墙体在大震时具有自复位功能；但是该专利并未解决大变形时墙体受拉区混凝土开裂及受压区混凝土压碎的问题。中国专利公开号为CN201459963U的实用新型专利提出在边缘构件部分采用钢管混凝土并内置纤维增强复合材料管组成组合剪力墙以增加结构整体的受力性能及变形能力，同时使结构具有一定的二阶刚度及自复位功能；但是上述组合剪力墙应用有一定困难，主要表现在墙身部分的水平钢筋与钢管混凝土粘结比较困难，可能降低组合墙的整体工作性能，同时FRP管与周围混凝土的协同工作也不能得到保证。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本实用新型的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本实用新型的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其不仅具有良好的变形能力及延性，而且在大变形时具有明显的二阶刚度和自复位功能及优越的抗震性能。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，所述剪力墙为钢筋混凝土剪力墙，所述剪力墙内部布置有至少一个纤维增强复合材料管，所述纤维增强复合材料管内填充有混凝土。

其中，所述剪力墙内设置有水平钢筋，所述水平钢筋绕过纤维增强复合材料管进行锚固。

其中，所述纤维增强复合材料管的内表面为粗糙表面，和/或，所述的纤维增强复合材料管的外表面为粗糙表面。

其中，所述纤维增强复合材料管的内壁粘贴缠绕不连续的纤维布，和/或，所述纤维增强复合材料管的外壁粘贴缠绕不连续的纤维布。

其中，所述纤维增强复合材料管、不连续纤维布的纤维材料是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种。

其中，所述纤维增强复合材料管的内壁布置有纵向筋、环向筋或螺旋向筋，和/或，所述纤维增强复合材料管外壁布置有纵向筋、环向筋或螺旋向筋。

其中，所述筋所用材料是低碳钢、高碳钢、高强钢、不锈钢、铝材、铝合金、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种，和/或，所述筋的截面形状是圆形、椭圆形、多边形中的一种。

其中，所述纤维增强复合材料管位于所述剪力墙的墙端、两个墙肢交叉处、多个墙肢交叉处中的其中一处或多处的暗柱或者连墙明柱内。

其中，所述纤维增强复合材料管的截面形状是圆形、椭圆形、带圆弧化角的多边形中的一种。

其中，所述纤维增强复合材料管内填充的混凝土为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土、回收骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土、橡胶混凝土中的一种。

本实用新型利用纤维增强复合材料(以下简称FRP)约束混凝土强度高、变形能力好，同时具有明显二阶刚度的特点，将FRP管置于墙体变形或者受力较大部位，如墙端、两个墙肢交叉处、多个墙肢交叉处位置中的一处或者多处，使组合剪力墙不仅具有变形能力强、受压区混凝土不易压碎的特点，还具有明显的二阶刚度使墙体在大变形时具有自复位功能，从而有效避免了现有钢管混凝土组合剪力墙“延性有余而自复位功能不足”的缺点。

为了进一步实现本实用新型上述优点，需要加强FRP约束混凝土与墙体剩余部分协同工作的能力，为此，本实用新型采用了如下五种技术手段：a)所述墙体内的水平向钢筋可以绕过FRP管进行锚固；b)使所述的纤维增强复合材料管内、外表面为粗糙表面；c)所述的纤维增强复合材料管内、外壁粘贴缠绕不连续的纤维布；d)所述的纤维增强复合材料管内、外壁粘结纵向筋；e)所述的纤维增强复合材料管内、外壁粘结环向或螺旋向筋。上述五种技术手段可以独自使用，也可以在需要的时候将两种或者两种以上结合使用。

根据实际应用的需要，所述的纤维增强复合材料管是圆形、椭圆形、带圆弧化角的正方形、长方形、多边形中的一种或者多种的组合。所述的纤维增强 复合材料管、不连续的纤维布所用纤维材料是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等中的一种或者多种的组合；所述筋截面形状是圆形、椭圆形、正方形、长方形、多边形中的一种。

本实用新型的有益效果如下：

1、利用FRP约束混凝土强度高、变形能力好，同时具有明显二阶刚度的特点，将FRP管布置在墙体变形或者受力较大的部位，使所组成的组合剪力墙具有变形能力强、受压区混凝土不易压碎的特点，使墙整体具有明显的二阶刚度从而在大变形时候具有自复位功能，有效避免了现有钢管混凝土组合剪力墙“延性有余而自复位功能不足”的缺点。

2、FRP约束混凝土充分利用新型材料FRP强度高的特点，增强了传统材料混凝土的强度，大大改善了其变形能力及延性，节约了建设工程中的材料成本；

3、由于充分利用了材料的优点，在相同的竖向承载力及抗震条件下，相比传统的钢筋混凝土墙体，本实用新型所涉及的组合剪力墙可使截面尺寸大大减小，还可增加建筑空间的利用率，降低综合造价。

4、本实用新型还可促进高性能复合材料在土木工程中的应用。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1a为一个纤维增强复合材料管位于墙端位置暗柱内的示意图。

图1b为两个纤维增强复合材料管位于墙端位置暗柱内的示意图。

图2a为一个纤维增强复合材料管位于两个墙肢交叉处位置暗柱内的示意图。

图2b为三个纤维增强复合材料管位于两个墙肢交叉处位置暗柱内的示意图。

图3a为一个纤维增强复合材料管位于多个墙肢交叉处位置暗柱内的示意图。

图3b为四个纤维增强复合材料管位于多个墙肢交叉处位置暗柱内的示意图。

图4a为一个纤维增强复合材料管位于墙端位置连墙明柱(柱宽度大于墙厚)内的示意图。

图4b为九个纤维增强复合材料管位于墙端位置连墙明柱(柱宽度大于墙厚)内的示意图。

图5a为一个纤维增强复合材料管位于两个墙肢交叉处位置连墙明柱(柱宽度大于墙厚)内的示意图。

图5b为四个纤维增强复合材料管位于两个墙肢交叉处位置连墙明柱(柱宽度大于墙厚)内的示意图。

图6a为一个纤维增强复合材料管位于多个墙肢交叉处位置连墙明柱(柱宽度大于墙厚)内的示意图。

图6b为两个纤维增强复合材料管位于多个墙肢交叉处位置连墙明柱(柱宽度大于墙厚)内的示意图。

图7为体内水平钢筋绕过纤维增强复合材料管进行锚固的示意图。

图8为纤维增强复合材料管内、外表面粗糙程度的示意图。

图9a为在纤维增强复合材料管内、外表面缠绕水平向不连续的纤维布的示意图。

图9b为在纤维增强复合材料管内、外表面缠绕螺旋向不连续的纤维布的示意图。

图10a为在纤维增强复合材料管内表面粘贴纵向筋的示意图。

图10b为在纤维增强复合材料管外表面粘贴纵向筋的示意图。

图11a为在纤维增强复合材料管内表面粘贴环向筋的示意图。

图11b为在纤维增强复合材料管外表面粘贴环向筋的示意图。

图12a为在纤维增强复合材料管内表面粘贴螺旋向筋的示意图。

图12b为在纤维增强复合材料管外表面粘贴螺旋向筋的示意图。

图13为纤维增强复合材料管可能的截面形状。

图14为筋可能的截面形状。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突 的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

参见图1a，本实施例的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，在剪力墙墙端11的暗柱内布置一个纤维增强复合材料管1，管内填充混凝土2形成纤维增强复合材料约束混凝土。所述的纤维增强复合材料管1设置在剪力墙端部位置。所述纤维增强复合材料管1为碳纤维增强复合材料管(简称CFRP管)，纤维增强复合材料管1也可以是玻璃纤维增强复合材料管(简称GFRP管)、芳纶纤维增强复合材料管(简称AFRP管)、玄武岩纤维管(简称BFRP管)。混凝土2为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土、回收骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土、橡胶混凝土中的一种。剪力墙端部的纤维增强复合材料管与内部混凝土形成纤维增强复合材料约束混凝土柱，增强了剪力墙的竖向承载力，具有明显的二阶抗侧刚度，使结构具有自复位能力，减少地震后结构的残余变形，利用纤维增强复合材料管的高强性能代替传统加密箍筋约束混凝土，可使墙体在满足承载力及抗震要求下具有更小的截面尺寸及更好的延性。墙身水平钢筋3绕过纤维增强复合材料管进行锚固(参见图7)，其锚固长度按实际情况遵照11G-101图集的相关规定进行设定。为增加纤维增强复合材料管1与其内外混凝土的协同受力，可以用喷砂等方法增加管内外的粗糙程度(如图8)，也可以在内管壁沿水平或者螺旋方向粘贴缠绕不连续的纤维布5、纵向筋7、水平或者螺旋筋9，或在管外壁沿水平或者螺旋方向粘贴缠绕不连续的纤维布6、纵向筋8、水平或者螺旋筋10(如图9a、图9b、图10a、图10b、图11a、图11b、图12a、图12b)。不连续的纤维布5、6，筋7、8、9、10可通过用环氧树脂胶等粘结材料与纤维增强复合材料管1进行粘贴。纤维增强复合材料管1通过粘贴不连续的纤维布5、6、布置筋9、10，其可增加其约束混凝土的能力。通过布置筋7、8，可使组合墙轴向受力能力得到提升。筋可能的截面形状如图14所示。

考虑实际生产和施工的需求，纤维增强复合材料管1的截面形状可以为图13的其中一种，纤维增强复合材料管1截面的长半轴与剪力墙暗柱的长边方向一致，且其短半轴长度应小于剪力墙墙厚以保证有足够的保护层厚度。

实施例二

参见图1b，本实施例与实施例一不同的是，在剪力墙墙体的暗柱内布置了两个纤维增强复合材料管1。考虑到剪力墙实际荷载情况，当荷载较大的时候，为满足需求，可以在暗柱内布置多个(管个数N>＝2)纤维增强复合材料管1。其中纤维增强复合材料管1可以是图13中两种或两种以上形状的任意组合。其他细节同实施例一。

实施例三

参见图2a，本实施例与实施例一不同的是，在剪力墙两个墙肢交叉处12位置暗柱设置一个纤维增强复合材料管1，由纤维增强复合材料管1及内部填充的混凝土2这两者代替传统的钢筋混凝土组合承受上部传来的竖向荷载，同样的，剪力墙内的水平钢筋能绕过纤维增强复合材料管1进行锚固。其中纤维增强复合材料管1可以是图13中两种或两种以上形状的任意组合。其他细节同实施例一。

实施例四

参见图2b，本实施例与实施例三不同的是，当荷载较大的时候，为满足需求，可以在暗柱内布置多个(管个数N>＝2)纤维增强复合材料管1。图2b中在两个墙肢交叉处12位置暗柱设置了三个纤维增强复合材料管1，其中纤维增强复合材料管1可以是图13中两种或两种以上形状的任意组合，其他细节同实施例三。

实施例五

参见图3a，本实施例与实施例一不同的是，在剪力墙三个墙肢交叉处13位置暗柱设置一个纤维增强复合材料管1，由纤维增强复合材料管1及内部填充的混凝土2这两者代替传统的钢筋混凝土组合承受上部传来的竖向荷载，同样的，剪力墙内的水平钢筋能绕过纤维增强复合材料管1进行锚固。其中纤维增强复合材料管1可以是图13中两种或两种以上形状的任意组合。其他细节同实施例一。

实施例六

参见图3b，本实施例与实施例五不同的是，当荷载较大的时候，为满足需求，可以在暗柱内布置多个(管个数N>＝2)纤维增强复合材料管1。图3b中在三个墙肢交叉处13位置暗柱设置了四个纤维增强复合材料管1，其中纤维增 强复合材料管1可以是图13中两种或两种以上形状的任意组合，其他细节同实施例五。

实施例七

参见图4a，本实施例与实施例一不同的是，剪力墙端柱为明柱，即柱宽大于墙厚。参见图4a，在剪力墙墙端柱11处设置一个(管个数N＝1)纤维增强复合材料管1，由纤维增强复合材料管1及内部填充的混凝土2这两者代替传统的钢筋混凝土组合承受上部传来的竖向荷载，同样的，剪力墙内的水平钢筋能绕过纤维增强复合材料管1进行锚固。其中纤维增强复合材料管1可以是图13中两种或两种以上形状的任意组合。其他细节同实施例一。

实施例八

参见图4b，本实施例与实施例七不同的是，在剪力墙墙体的明柱内布置了九个纤维增强复合材料管1。考虑到实际生产和需求，在满足承载力要求的前提下为了施工方便，可以在明柱内布置多个(管个数N>＝2)面积较小的纤维增强复合材料管1。其中纤维增强复合材料管1可以是图13中两种或两种以上形状的任意组合。其他细节同实施例七。

实施例九

参见图5a，本实施例与实施例一不同的是，剪力墙两个墙肢交叉处12为明柱，即柱宽大于墙厚。在剪力墙的两个墙肢交叉处12的明柱处设置一个纤维增强复合材料管1。

实施例十

参见图5b，本实施例与实施例九不同的是，在剪力墙两个墙肢交叉处12的明柱内布置了四个纤维增强复合材料管1。

实施例十一

参见图6a，本实施例与实施例一不同的是，剪力墙三个墙肢交叉处13为明柱，即柱宽大于墙厚。在剪力墙三个墙肢交叉处13的明柱处设置一个纤维增强复合材料管1。

实施例十二

参见图6b，本实施例与实施例十一不同的是，在剪力墙三个墙肢交叉处13的明柱内布置了两个纤维增强复合材料管1。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

总之，本实用新型虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本实用新型的范围，否则都应该包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述剪力墙内部布置有至少一个纤维增强复合材料管，所述纤维增强复合材料管内填充有混凝土。

2.根据权利要求1所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述剪力墙内设置有水平钢筋，所述水平钢筋绕过纤维增强复合材料管进行锚固。

3.根据权利要求1所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述纤维增强复合材料管的内表面为粗糙表面，和/或，所述的纤维增强复合材料管的外表面为粗糙表面。

4.根据权利要求1所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述纤维增强复合材料管的内壁粘贴缠绕不连续的纤维布，和/或，所述纤维增强复合材料管的外壁粘贴缠绕不连续的纤维布。

5.根据权利要求4所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述纤维增强复合材料管、不连续纤维布的纤维材料是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种。

6.根据权利要求1所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述纤维增强复合材料管的内壁布置有纵向筋、环向筋或螺旋向筋，和/或，所述纤维增强复合材料管外壁布置有纵向筋、环向筋或螺旋向筋。

7.根据权利要求6所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述筋所用材料是低碳钢、高碳钢、高强钢、不锈钢、铝合金、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种，和/或，所述筋的截面形状是圆形、椭圆形、多边形中的一种。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述纤维增强复合材料管位于所述剪力墙的墙端、两个墙肢交叉处、多个墙肢交叉处中的其中一处或多处的暗柱或者连墙明柱内。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的内置纤维增强复合材料管的组合剪力墙，其特征在于：所述纤维增强复合材料管的截面形状是圆形、椭圆形、带圆弧化角的多边形中的一种。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的内置纤维增强复合材料管的组合 剪力墙，其特征在于：所述纤维增强复合材料管内填充的混凝土为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土、回收骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土、橡胶混凝土中的一种。