一種螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件，既可用于既有結(jié)構(gòu)的抗震加固，也適用于新建建筑的抗震減震。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相比，搖擺結(jié)構(gòu)有更好的抗震抗風(fēng)性能，能夠有效地控制結(jié)構(gòu)的變形模式和損傷位置，從而方便地預(yù)測可能發(fā)生損傷的構(gòu)件或部位，并便于在維護(hù)過程中更換。鋼筋混凝土搖擺墻是搖擺結(jié)構(gòu)的一種實(shí)現(xiàn)形式，它與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合，不僅具備搖擺結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)，還能夠保證框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下呈現(xiàn)整體破壞模式并充分發(fā)揮其耗能能力。此外，將鋼筋混凝土搖擺墻用于既有混凝土框架結(jié)構(gòu)的加固改造，可以避免傳統(tǒng)的基于構(gòu)件加固模式存在的不足，顯著提高加固改造的靈活性和整體性。
[0003]近年來，美國和日本開始針對(duì)搖擺結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與力學(xué)特性、耗能機(jī)理等開展了相應(yīng)的探索研宄，并進(jìn)行了少量搖擺墻結(jié)構(gòu)體系的工程試點(diǎn)。Stevenson等在位于Berkeley的“David Brower Center”結(jié)構(gòu)中部設(shè)置C形預(yù)應(yīng)力混凝土墻體，墻體在強(qiáng)震中縱筋屈服、端部可以抬起，該工程是搖擺墻結(jié)構(gòu)體系用于新建工程的案例。Panian等利用在結(jié)構(gòu)中布置中部施加預(yù)應(yīng)力的墻體，對(duì)6層混凝土框架進(jìn)行了抗震加固。Wada等利用搖擺墻對(duì)日本東京工業(yè)大學(xué)G3教學(xué)樓進(jìn)行了抗震加固，該工程在墻底通過齒槽與基礎(chǔ)連接，墻體與結(jié)構(gòu)間布置了大量阻尼器；在2011年3月日本東北太平洋里氏9.0級(jí)地震中，采用搖擺墻加固的G3教學(xué)樓表現(xiàn)出優(yōu)良的抗震性能。國內(nèi)對(duì)于搖擺墻的研宄剛剛開始，清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海市建筑科學(xué)研宄院等已開展了初步的試驗(yàn)研宄和理論分析。
[0004]搖擺墻結(jié)構(gòu)體系的研宄在世界范圍內(nèi)尚處于起步階段，現(xiàn)有的搖擺墻與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不夠合理，存在可更換性差、搖擺性能不足、造價(jià)較高等不足，制約著搖擺墻結(jié)構(gòu)體系的推廣應(yīng)用及強(qiáng)震后的快速修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有搖擺墻結(jié)構(gòu)搖擺性能不足、造價(jià)較高(需要大量設(shè)置阻尼器)以及可更換性能較差等缺點(diǎn)，提出了一種螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案為，在鋼筋混凝土搖擺墻與主體框架結(jié)構(gòu)之間用延性連接件通過螺栓連接；同時(shí)在搖擺墻與基礎(chǔ)梁之間采用橡膠墊。
[0007]具體方案為:一種螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件，結(jié)構(gòu)包括:鋼筋混凝土搖擺墻、主體框架結(jié)構(gòu)、延性連接件、橡膠墊和基礎(chǔ)梁。
[0008]所述的主體框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土搖擺墻安裝在基礎(chǔ)梁上，主體框架結(jié)構(gòu)包括框架柱和2?6層框架梁，相鄰的主體框架結(jié)構(gòu)之間為鋼筋混凝土搖擺墻；鋼筋混凝土搖擺墻與主體框架結(jié)構(gòu)之間以延性連接件連接；
[0009]在鋼筋混凝土搖擺墻對(duì)應(yīng)每層梁的中心線處預(yù)埋一根通長水平方向的螺桿，螺桿貫通鋼筋混凝土搖擺墻，并在兩端各栓接一塊墻內(nèi)鋼板，墻內(nèi)鋼板的寬度為墻體厚度的90%?100%，高度為寬度的1.8?2.5倍，外表面與鋼筋混凝土搖擺墻的墻體外表面齊平，墻內(nèi)鋼板的中心與螺桿的中心重合；優(yōu)選的，墻內(nèi)鋼板寬度與墻體厚度相同，高度為寬度的2倍，厚度為5_?15_ ;優(yōu)選的，鋼筋混凝土搖擺墻中的螺桿直徑為22_?32_，墻內(nèi)鋼板厚度為5mm?15mm，寬度為10mm?250mm ;螺桿與墻內(nèi)鋼板的栓接方式為:螺桿端部設(shè)有螺紋，與中心位置設(shè)有螺孔的墻內(nèi)鋼板擰緊。
[0010]所述主體框架結(jié)構(gòu)上，與搖擺墻相鄰的框架柱內(nèi)埋設(shè)框架內(nèi)鋼板，該框架內(nèi)鋼板位于梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)，外表面與框架柱外表面齊平，內(nèi)表面與梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的框架梁縱筋全數(shù)焊接連接，框架內(nèi)鋼板中心與框架梁的中心重合；優(yōu)選的，框架內(nèi)鋼板的厚度為5mm?15mm，高度和寬度分別為框架梁截面高度和寬度的90%?110%，優(yōu)選的，高度和寬度分別與框架梁截面的高度和寬度相同。
[0011]延性連接件的結(jié)構(gòu)包括位于兩端的實(shí)心鋼板、腹板和兩個(gè)翼緣，實(shí)心鋼板之間以腹板和兩個(gè)翼緣連接，翼緣垂直于腹板和矩形鋼板；腹板與翼緣的組成截面呈工字型；延性連接件兩端的實(shí)心鋼板通過螺栓分別與框架內(nèi)鋼板和墻內(nèi)鋼板連接，使延性連接件的將主體框架和鋼筋混凝土搖擺墻連接在一起；優(yōu)選的，所述延性連接件采用屈服點(diǎn)低于250MPa、延伸率大于40%的鋼材整體制作，總長度為140mm?300mm，其兩端實(shí)心鋼板厚度為連接件總長度的1/10?1/6，翼緣和腹板厚度為5_?18_ ;該連接件用于連接主體框架和搖擺墻，連接方式為高強(qiáng)螺栓連接，螺栓強(qiáng)度等級(jí)不小于8.8級(jí)，直徑為1mm?20mm，螺栓數(shù)量對(duì)應(yīng)鋼板中心點(diǎn)對(duì)稱布置。
[0012]鋼筋混凝土搖擺墻底部內(nèi)埋設(shè)墻底鋼板，墻底鋼板外表面與鋼筋混凝土搖擺墻底部齊平，內(nèi)表面與搖擺墻內(nèi)縱向受力鋼筋全數(shù)焊接；優(yōu)選的，墻底鋼板厚度為5mm?15mm，長度和寬度分別與鋼筋混凝土搖擺墻的寬度和厚度相同。
[0013]鋼筋混凝土搖擺墻的墻底鋼板與基礎(chǔ)梁之間放置橡膠墊；橡膠墊頂部通長開槽，開槽的寬度與鋼筋混凝土搖擺墻的厚度匹配；
[0014]所述橡膠墊放置于基礎(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁頂部放置橡膠墊的位置開凹槽，橡膠墊嵌固在凹槽內(nèi)，凹槽的長度和寬度與橡膠墊橫截面尺寸相匹配。
[0015]優(yōu)選的，基礎(chǔ)梁頂部開槽深度為橡膠墊厚度的15%?25%。所述橡膠墊為內(nèi)置鋼板橡膠墊或純橡膠墊，橡膠硬度為55?65，橡膠墊長度為搖擺墻寬度的70%?80%、寬度為鋼筋混凝土搖擺墻厚度的1.8?2.2倍；橡膠墊頂部通長開槽，開槽寬度與鋼筋混凝土搖擺墻厚度相匹配，開槽深度為橡膠墊厚度的15%?25%，便于在其上放置搖擺墻。除去開槽深度和基礎(chǔ)梁內(nèi)的埋置深度，橡膠墊剩余厚度為搖擺墻寬度的1/20?1/15。
[0016]本發(fā)明采用螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件，一方面搖擺墻與主體框架采用的延性連接件為螺栓連接，便于震后更換，且有助于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在大震下的耗能能力；另一方面搖擺墻與基礎(chǔ)梁之間采用了橡膠墊，能夠有效提升墻體的搖擺性能，同時(shí)也便于更換。本發(fā)明施工簡便、造價(jià)較低且便于大震后的結(jié)構(gòu)修復(fù)，既可用于既有結(jié)構(gòu)的抗震加固，也同樣適用于新建建筑的抗震減震。
[0017]本發(fā)明提供的一種螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件，能夠有效實(shí)現(xiàn)墻體的搖擺性能，同時(shí)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耗能能力，并控制原主體框架的變形與失效模式，使得結(jié)構(gòu)破壞位置出現(xiàn)在預(yù)期的延性連接件處，能夠便于大震后的構(gòu)件更換，快速修復(fù)結(jié)構(gòu)既有功能。
【附圖說明】
[0018]圖1是鋼筋混凝土搖擺墻組件的結(jié)構(gòu)立面示意圖。
[0019]圖2是框架結(jié)構(gòu)與搖擺墻連接處示意圖。
[0020]圖3是延性連接件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是A-A方向立面剖面示意圖。
[0022]圖5是B-B方向立面剖面示意圖。
[0023]I —鋼筋混凝土搖擺墻，102—墻內(nèi)鋼板，104—墻底鋼板，2主體框架結(jié)構(gòu)，201—框架柱，202—框架梁，203—框架內(nèi)鋼板，204—框架梁縱筋，3—延性連接件，301—實(shí)心鋼板，303—腹板，305—翼緣，4一橡膠墊，5—基礎(chǔ)梁，7—螺桿，9一螺栓
【具體實(shí)施方式】
[0024]對(duì)照例
[0025]取三層三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，考慮到試驗(yàn)條件取實(shí)際工程縮比1/2。層高為1500mm,跨度為1800mm ;框架柱為正方形截面，尺寸為200mmX 200mm，框架梁為矩形截面，尺寸為200mmX 10mm ;基礎(chǔ)梁長度、高度和寬度分別為7850mm、400mm和700臟。在各柱頂部施加恒定豎向荷載，單根框架柱豎向荷載取為143kN。然后通過MTS作動(dòng)器施加水平往復(fù)荷載，加載速率為0.02mm/s?在最大水平荷載出現(xiàn)后，隨著變形的增加，破壞荷載及極限變形取荷載下降到最大荷載的85%時(shí)相應(yīng)的荷載和相應(yīng)變形。
[0026]試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞集中于框架梁端和節(jié)點(diǎn)區(qū)，這些位置的破壞不易修復(fù)。對(duì)比鋼筋混凝土框架的水平承載力峰值為166kN。
[0027]實(shí)施例1
[0028]取另一規(guī)格相同的框架，但將其中跨改為設(shè)置鋼筋混凝土搖擺墻1，形成框架搖擺墻結(jié)構(gòu)。搖擺墻高度為4700mm、寬度為1300mm、墻厚100mm。鋼筋混凝土搖擺墻與兩側(cè)的主體框架結(jié)構(gòu)2之間以延性連接件和螺栓相連，形成螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0029]一種螺栓式連接的鋼筋混凝土搖擺墻組件，結(jié)構(gòu)如圖1所示，主體框架結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土搖擺墻安裝在基礎(chǔ)梁上，主體框架結(jié)構(gòu)包括框架柱和2?6層框架梁，相鄰的主體框架結(jié)構(gòu)之間為鋼筋混凝土搖擺墻；所述的鋼筋混凝土搖擺墻與主體框架結(jié)構(gòu)之間以延性連接件連接。
[0030]根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行縱筋和箍筋的設(shè)置，在鋼筋混凝土搖擺墻對(duì)應(yīng)每層梁中心線處預(yù)埋一根通長水平方向的螺桿7，螺桿兩端各設(shè)有螺紋。螺桿貫通鋼筋混凝土