CN212534636U - 一种剪力墙结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种剪力墙结构，包括基础以及设置在基础上的剪力墙，在剪力墙与基础连接的底部两侧对称设置预留空间，在每个预留空间内设置变形放大型消能器；变形放大型消能器包括第一连接部、第二连接部以及第三连接部；在第二连接部上设置有一将第二连接部在长度方向上划分为动力臂和阻力臂的中部铰接点；第二连接部通过中部铰接点与第一连接部的上端连接；在第二连接部动力臂的端部设置有与第一连接部连接的外侧屈曲约束型耗能部件，在第二连接部阻力臂的端部设置有与第三连接部连接的内侧屈曲约束型耗能部件。本实用新型克服水平荷载下剪力墙内侧变形较小而不能充分发挥阻尼器耗能能力的缺点，提高剪力墙失效部位耗能能力。

Description

一种剪力墙结构

技术领域

本实用新型属于建筑结构领域，具体涉及一种剪力墙结构。

背景技术

作为一种重要的抗震结构体系，现浇钢筋混凝土剪力墙结构在国内外得到广泛应用，通过国内外历次震害调查显示，相对于框架结构来讲，剪力墙结构体系侧向刚度大，具有较高的抗震承载力，但在强震下，按弯曲型破坏模式设计的剪力墙往往脚部混凝土容易压溃，受压钢筋屈服，结构的修复与加固比较困难。而在2008年汶川8级地震与2010智利8.8级地震中现浇钢筋混凝土剪力墙结构的震害也表明，大多数剪力墙脚部均出现了较大程度的破坏，给震后的修复工作带来了很大的困难。

当前抗震设防目标已逐渐从结构“大震不倒”、保护人民生命安全方面的考虑，向震后快速恢复城市功能与居民正常生活秩序方面发展。通过在结构中设置可更换消能器，当结构承受较强的水平作用时，将受损部位主要集中在可更换消能器处，不仅可以利用其优良的耗能性能，而且有利于对受损的部件快速更换，尽快恢复结构的正常使用功能。

现有技术中，针对外荷载作用下框架结构中梁柱节点处产生的位移相对较小，未能充分发挥阻尼器的耗能特性。科研人员提出了旋转放大式节点剪切阻尼器、放大位移型形状记忆合金阻尼器等，但在剪力墙结构中放大位移型消能器应用较少。在外力、地震或风荷载作用下，由于剪力墙往往呈现受弯破坏，按平截面假定可知，剪力墙边缘区变形最大，越靠近中性轴变形逐渐减小。而现有技术在脚部设置各种消能器，如粘滞阻尼器、摩擦消能器、金属型消能器、软钢橡胶支座等均未能考虑变形不均的影响，在变形较小时，往往耗能性能不佳。

鉴于此，有必要研发一种适用于钢筋混凝土剪力墙的消能器，克服现有技术的一些缺陷。使剪力墙在较小的位移下，消能器的变形得以成倍数放大，以达到更理想的耗能效果。既能充分利用消能器有效的耗散水平地震输入结构的能量，同时满足构造简单、经济合理、安全可靠以及受损后易于更换的要求。

发明内容

为此，本实用新型提出的一种剪力墙结构。通过杠杆原理，将内侧耗能部件的变形放大，克服水平荷载下剪力墙内侧变形较小而不能充分发挥阻尼器耗能能力的缺点。同时，消能器内部可与多种类型阻尼器组合使用，适用性强，以提高剪力墙失效部位的承载力和耗能能力。所述变形放大型消能器与剪力墙可拆卸连接，震后便于更换，可快速恢复剪力墙的抗震功能。

为实现上述目的，本实用新型通过如下技术方案予以实现：

一种剪力墙结构，包括基础以及设置在基础上的剪力墙，其特征在于：在所述剪力墙与基础连接的底部两侧对称设置预留空间，在每个预留空间内设置变形放大型消能器。

所述变形放大型消能器包括第一连接部、第二连接部以及第三连接部；所述第一连接部下端固定在所述基础上，所述第三连接部固定在所述剪力墙预留空间的上底面；在所述第二连接部上设置有一将所述第二连接部在长度方向上划分为动力臂和阻力臂的中部铰接点；所述第二连接部通过所述中部铰接点与第一连接部的上端连接；在所述第二连接部动力臂的端部设置有与第一连接部连接的外侧屈曲约束型耗能部件，在所述第二连接部阻力臂的端部设置有与第三连接部连接的内侧屈曲约束型耗能部件；所述第二连接部动力臂的上端与所述剪力墙预留空间的上底面之间活动连接形成一活动连接点。

所述第一连接部包括底板以及设置在底板上的销轴支座和固定铰支座；所述第二连接部铰接在所述销轴支座上；所述外侧屈曲约束型耗能部件连接在所述固定铰支座上。

所述第二连接部包括钢臂、位于钢臂中动力臂端部的曲率调节节点和铰支座以及位于钢臂中阻力臂端部的铰支座；所述曲率调节节点铰接在所述剪力墙预留空间的上底面上。

所述第三连接部包括顶板以及设置在顶板上的固定铰支座，在所述固定铰支座上连接所述内侧屈曲约束型耗能部件。

在所述基础内设置有与第一连接部固定连接的第一预埋件；在所述剪力墙的预留空间内设置有与第二连接部动力臂的上端形成活动连接的第二预埋件和与第三连接部固定连接的第三预埋件。

所述第一预埋件由一块平板、若干内螺纹套筒及若干基础钢筋组成，平板底面与所述内螺纹套筒、基础钢筋焊接连接。

所述第二预埋件由一块平板、三块连接板及若干剪力墙钢筋组成，平板顶面与剪力墙钢筋焊接连接，平板底面与连接板焊接连接。

所述第三预埋件由一块平板、若干内螺纹套筒及若干剪力墙钢筋组成，平板顶面与所述内螺纹套筒、剪力墙钢筋焊接连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过杠杆原理，将内侧耗能部件的变形放大，克服水平荷载下剪力墙内侧变形较小而不能充分发挥阻尼器耗能能力的缺点，并能通过调整动力臂与阻力臂的比例来调节变形放大效果，实现消能器在小震下就参与耗能，显著提高剪力墙失效部位的承载力和耗能能力。

本实用新型提出的变形放大型消能器内部可自由组合多种类型的阻尼器，适用性较强。由于消能器中内外两侧耗能部件变形均较大，因此可将金属、摩擦、黏滞等阻尼器作为耗能部件，也可组合使用。

变形放大型消能器均通过高强螺栓和销轴与预埋件进行连接，方便组装；在强震作用下消能器遭受损伤时，只需要将高强螺栓和销轴旋转出来，再换上新的消能器即可，有利于受损后能快速恢复剪力墙功能；将塑性变形集中于可更换部件区域，结构其他部分仍然保持弹性，减少受损后的修复工作。

附图说明

图1脚部设置变形放大型消能器的剪力墙结构示意图；

图2脚部设置变形放大型消能器的剪力墙结构局部示意图；

图3变形放大型消能器的结构示意图；

图4第一预埋件的结构示意图；

图5第二预埋件的结构示意图；

图6第三预埋件的结构示意图；

图7第一连接部的结构示意图；

图8第二连接部的结构示意图；

图9第三连接部的结构示意图；

图10变形放大型消能器与预埋件连接示意；

图11屈曲约束耗能杆的结构示意图；

图12设置屈曲约束耗能板的连接示意图；

图13屈曲约束耗能板的结构示意图；

图14设有三组耗能部件的变形放大型消能器的结构示意图；

图15根据本实用新型一个实施例的脚部设置变形放大型消能器的剪力墙结构变形示意图；

图16根据本实用新型一个实施例的变形放大型消能器有限元模型与滞回曲线，其中 a为有限元模型，b为滞回曲线。

图中：1、基础；2、剪力墙；3、变形放大型消能器；31、第一连接部；311、底板； 312、销轴支座；313、固定铰支座；3131、端板；3132、肋板；3133、钢杆；32、第二连接部；321、钢臂；3211、钢梁；3212、纵向加劲板；3213、横向加劲板；3214、耳板； 322、曲率调节节点；3221、连接板；323、铰支座；3231、钢杆；3232、肋板；324、铰支座；3241、钢杆；3242、肋板；33、第三连接部；331、顶板；332、固定铰支座；3321、端板；3322、肋板；3323、钢杆；4、第一预埋件；41、平板；42、内螺纹套筒；43、基础钢筋；5、第二预埋件；51、平板；52、连接板；53、剪力墙钢筋；6、第三预埋件；61、平板；62、内螺纹套筒；63、剪力墙钢筋；7、第一销轴；8、第二销轴；9、外侧屈曲约束型耗能部件；10、内侧屈曲约束型耗能部件；11、高强螺栓；12、屈曲约束耗能杆；121、球形节点；122、低屈服点芯杆、123、圆管形约束套筒；124、填充材料；13、屈曲约束耗能板；131、管状节点；132低屈服点芯板、133、矩形约束套筒；134、填充材料。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细说明：

本实用新型剪力墙结构，包括基础1以及设置在基础上的剪力墙2，其中剪力墙2在其与基础1连接的底部两侧对称设置预留空间，在每个预留空间内各安装一个变形放大型消能器3。将变形放大型消能器3安装在剪力墙2脚部预留空间处，通过销轴7与第二预埋件5相连，通过高强螺栓11分别与第一预埋件4的内螺纹套筒42、第三预埋件6的内螺纹套筒62连接，既方便组装，又有利于受损后对整个消能器进行快速更换。

变形放大型消能器包括第一连接部31、第二连接部32以及第三连接部33。第一连接部 31下端固定在基础1上；第三连接部33固定在剪力墙2预留空间的上底面；在第二连接部32 上设置有一将第二连接部32在长度方向上划分为阻力臂和动力臂的中部铰接点。第二连接部32通过中部铰接点与第一连接部31的上端连接；在第二连接部32动力臂的端部设置有与第一连接部31连接的外侧屈曲约束型耗能部件9，在第二连接部32阻力臂的端部设置有与第三连接部33连接的内侧屈曲约束型耗能部件10；第二连接部32动力臂的上端与剪力墙2 预留空间的上底面之间活动连接形成一活动连接点。

第二连接部32包括钢臂321、位于钢臂321一个端部的曲率调节节点322和铰支座323以及位于钢臂另一个端部的铰支座324。曲率调节节点322与第二预埋件5相铰接。钢臂321由两根方形钢梁3211、一块纵向加劲板3212、若干横向加劲板3213及两块耳板3214组成。两根方形钢梁3211及纵向加劲肋3212通过若干横向加劲肋3213相连，两块耳板3214分别设在两根钢梁3211下部，耳板上开孔。

曲率调节节点322由若干连接板3221组成，连接板3221上开有斜向连接孔，连接板3221 与第二预埋件5的连接板51通过第二销轴8进行连接。通过连接孔，调节剪力墙2与钢臂321 的转动曲率，使其变形能够相互协调。

钢臂321的两端还分别焊接带有凹槽的肋板3232、3242。钢臂321与耗能部件9、10相连时，先将耗能部件9、10的连接节点分别插入钢杆3231、3241，然后一起置于肋板3232、3242的凹槽内，而后通过施焊将钢杆3231、3241固定在钢臂321上，并将钢杆3231、3241 与肋板3232、3242的相连处同样进行施焊，以加强钢杆3231、3241强度，但需保证耗能部件9、10的连接节点能够绕该钢杆3231、3241转动。

销轴支座312上部与钢臂321的耳板3214通过第一销轴7铰接，下部与底板311进行焊接固接。根据杠杆原理，从支点到动力作用线的距离为动力臂，从支点到阻力作用线的距离为阻力臂；在本实施例中，所述支点即为销轴支座312与钢臂321的销接节点，其所处位置应依据内侧耗能部件10拟设定的变形放大程度而定。此外，对于阻力臂的端头与基础1顶面需保持一定空间距离，以防止阻力臂端头向下运动时与基础1碰撞而限制了钢臂321的转动位移，该距离的具体数值依据剪力墙在大震设防目标下，钢臂321内侧端头向下运动的最大位移而定。

第一连接部31的底板311的顶面还焊接有固定铰支座313，所述固定铰支座313由两块端板3131、一块肋板3132以及一根钢杆3133组成，端板3131分别设在肋板3132的两端。所述肋板3132上设有凹槽。外侧耗能部件9的下部连接节点插入钢杆3133，然后一起置于肋板 3132的凹槽内，而后钢杆3133通过施焊固定在端板3131上，同时在钢杆3133与肋板3132的相连处施焊以加强钢杆3133强度，但需保证耗能部件的连接节点能够绕该钢杆3133转动。

第三连接部33的顶板331的底面焊接有有固定铰支座332，所述固定铰支座332由两块端板3321、一块肋板3322以及一根钢杆3323组成，端板3321分别设在肋板3322的两端。所述肋板3322上设有凹槽。内侧耗能部件10的上部连接节点插入钢杆3323，然后一起置于肋板3322的凹槽内，而后钢杆3323通过施焊固定在端板3321上，同时在钢杆3323与肋板3322 的相连处施焊以加强钢杆3323强度，但需保证耗能部件的连接节点能够绕钢杆3323转动。

耗能部件9、10分别安装在钢臂321的两端，其中外侧耗能部件9上端与动力臂铰接，下端通过固定铰支座与第一连接部31铰接，内侧耗能部件10上端通过固定铰支座与第三连接部33铰接，下端与阻力臂铰接。

耗能部件9、10可由若干屈曲约束耗能杆12组成，屈曲约束耗能杆由球形节点121、低屈服点芯杆122、圆管形约束套筒123及填充材料124组成。圆管形约束套筒123截面形状为圆管，将低屈服点芯杆122置于圆管形约束套筒123内，而后加入填充材料124。为引导耗能杆的失效模式集中在中部，在球形节点121与低屈服点芯杆122连接截面进行加强，同时将低屈服点芯杆122中部开设若干个小孔进行削弱。

耗能部件也可由一个屈曲约束耗能板13组成，屈曲约束耗能板由管状节点131、低屈服点芯板132、矩形约束套筒133及填充材料134组成。所述矩形约束套筒133由矩形钢管及若干肋条组成，肋条焊接在矩形钢管内侧，将低屈服点芯板132置于矩形约束套筒133内，而后加入填充材料134。为引导耗能板的失效模式集中在中部，在管状节点131与低屈服点芯板132相连处截面进行加强，同时将低屈服点芯板132中部开设若干个长槽型孔进行削弱。

作为另一种实现方式，为进一步发挥变形放大型消能器的耗能能力，可在阻力臂端头的下部，增设一组耗能部件。则内侧耗能部件可分为上下两组，其中上部耗能部件的上端与第三连接部33铰接，下端与阻力臂铰接；下部耗能部件的上端与阻力臂铰接，下端与第一链接部31铰接。

结构变形如图15所示，假定剪力墙2在水平荷载作用下发生变形，转动曲率为θ，则根据平截面假定，剪力墙2边缘的竖向变形Δ≈θ×L，其中L为剪力墙2中性轴至边缘的距离。而剪力墙2通过第二预埋件5将力传递给动力臂端头，动力臂向下位移使外侧耗能部件9受压，因此外侧耗能部件9也将产生大小约为Δ的变形。通过杠杆原理，可知钢臂321将带动内侧耗能部件10产生大小为

的向上变形，其中A为动力臂长，即钢臂321的销轴节点至钢臂外侧端头的距离，B为阻力臂长，即钢臂321的销轴节点至钢臂321内侧端头的距离。同时，由于剪力墙变形，将通过第三预埋件6将力传递给内侧耗能部件10，使其产生

的变形，其中C为剪力墙2中性轴至内侧耗能部件10的距离。综上所述，当剪力墙2边缘发生竖向变形Δ，对于外侧耗能部件9也将产生竖向变形Δ，而内侧耗能部件10，将产生

的变形。相对于外侧耗能部件9，内侧耗能部件10变形放大效应为

倍，而相对于剪力墙2的内侧变形

内侧耗能部件10变形放大效应为

倍。

通过有限元软件，建立消能器精细化数值模型(图16)，并将剪力墙结构与消能器的相互作用关系考虑为边界条件，进行往复荷载下的拟静力分析。结果表明：在往复荷载下，消能器滞回曲线饱满，具有优越的耗能性能；并在较小的变形下即开始耗能，即能够实现小震下消能，保护主体结构免遭地震损害。

Claims (8)

1.一种剪力墙结构，包括基础以及设置在基础上的剪力墙，其特征在于：在所述剪力墙与基础连接的底部两侧对称设置预留空间，在每个预留空间内设置变形放大型消能器；所述变形放大型消能器包括第一连接部、第二连接部以及第三连接部；所述第一连接部下端固定在所述基础上，所述第三连接部固定在所述剪力墙预留空间的上底面；在所述第二连接部上设置有一将所述第二连接部在长度方向上划分为动力臂和阻力臂的中部铰接点；所述第二连接部通过所述中部铰接点与第一连接部的上端连接；在所述第二连接部动力臂的端部设置有与第一连接部连接的外侧屈曲约束型耗能部件，在所述第二连接部阻力臂的端部设置有与第三连接部连接的内侧屈曲约束型耗能部件；所述第二连接部动力臂的上端与所述剪力墙预留空间的上底面之间活动连接形成一活动连接点。

2.根据权利要求1所述的剪力墙结构，其特征在于：所述第一连接部包括底板以及设置在底板上的销轴支座和固定铰支座；所述第二连接部铰接在所述销轴支座上；所述外侧屈曲约束型耗能部件连接在所述固定铰支座上。

3.根据权利要求1所述的剪力墙结构，其特征在于：所述第二连接部包括钢臂、位于钢臂一个端部的曲率调节节点和铰支座以及位于钢臂另一个端部的铰支座；所述曲率调节节点铰接在所述剪力墙预留空间的上底面上。

4.根据权利要求1所述的剪力墙结构，其特征在于：所述第三连接部包括顶板以及设置在顶板上的固定铰支座，在所述固定铰支座上连接所述内侧屈曲约束型耗能部件。

5.根据权利要求1所述的剪力墙结构，其特征在于：在所述基础内设置有与第一连接部固定连接的第一预埋件；在所述剪力墙的预留空间内设置有与第二连接部动力臂的上端形成活动连接的第二预埋件和与第三连接部固定连接的第三预埋件。

6.根据权利要求5所述的剪力墙结构，其特征在于：所述第一预埋件由一块平板、若干内螺纹套筒及若干基础钢筋组成，平板底面与所述内螺纹套筒、基础钢筋焊接连接。

7.根据权利要求5所述的剪力墙结构，其特征在于：所述第二预埋件由一块平板、三块连接板及若干剪力墙钢筋组成，平板顶面与剪力墙钢筋焊接连接，平板底面与连接板焊接连接。

8.根据权利要求5所述的剪力墙结构，其特征在于：所述第三预埋件由一块平板、若干内螺纹套筒及若干剪力墙钢筋组成，平板顶面与所述内螺纹套筒、剪力墙钢筋焊接连接。

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