一种基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙

摘要

本发明公开了一种基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙，包括钢筋混凝土剪力墙和自复位耗能装置，钢筋混凝土剪力墙的墙脚两侧对称设置自复位耗能装置。自复位耗能装置包括同轴设置的内管和外管，内管可在外管内轴向往复移动，外管下部扩大，扩大区内设有分别套装在内管上的上挡板和下挡板，上挡板和下挡板间有预压碟簧；位于扩大区以上的内管外壁表面设有内焊板，内焊板与外管间设有粘弹性材料；内管上端连接上端板，外管下端连接下端板。本发明构造简单，造价较低，安装加工方便，其自复位耗能装置能够充分发挥碟簧和粘弹性材料的特性，具有较好的自复位能力和耗能能力，可有效减小墙体震后的残余变形，提高钢筋混凝土剪力墙的抗震性能。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑结构隔震减震技术领域，尤其涉及一种基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙。

背景技术

钢筋混凝土剪力墙是建筑结构中主要的抗侧力构件，能提供较大的抗侧刚度，能承受较大的竖向和水平荷载，在地震作用下剪力墙底部形成塑性铰区耗散能量，墙脚混凝土被压碎，受损严重。大量的震害分析表明，由于地震作用的复杂性和不确定性，剪力墙结构有可能遭受比设防烈度更大的地震作用，而剪力墙破坏主要集中在底部塑性铰区，在震后往往很难修复，从而造成经济财产损失和建筑使用功能中断，直接影响人们的生产和生活。如何设计出震后不需要修复或稍加修复即可恢复使用功能的剪力墙结构，将成为地震工程领域研究的热点问题，对社会的可持续发展具有重要意义。

目前，自复位耗能剪力墙多采用后张无粘结预应力钢筋、形状记忆合金金属丝和增设摩擦耗能元件为剪力墙提供足够的恢复力和耗能能力，但是预应力钢筋的变形能力有限，预应力的施加受施工质量影响较大，对锚具的可靠性依赖较强，一旦锚具坏掉，预应力钢筋失效，从而无法实现结构的自复位能力。形状记忆合金金属丝虽然具有良好的复位性能和一定的耗能能力，但是其在变形后需要通过加热使其恢复到变形前的状态，性能受温度影响较大。而摩擦耗能元件在恒定正压力下，长期静接触会产生冷粘结或冷凝固，导致摩擦系数会发生改变，会降低剪力墙的耗能能力。

因此，有必要提供一种新型自复位耗能的钢筋混凝土剪力墙，来克服现有钢筋混凝土剪力墙的不足，提高钢筋混凝土剪力墙的抗震性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙，来替换传统钢筋混凝土剪力墙，通过在墙脚两侧设置新型自复位耗能装置，耗散地震能量，保护钢筋混凝土剪力墙不发生主体结构破坏。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙，包括剪力墙墙体，剪力墙墙体的底部伸出可植入基础梁的锚固钢筋，剪力墙墙体的墙脚两端通过自复位耗能装置与基础梁连接；

所述自复位耗能装置包括同轴设置的内管和外管，内管下端穿入外管且可在外管内轴向往复移动，内管下端设有内管下端挡块，外管下部扩大，扩大区上端形成上限位部，扩大区下端形成下限位部；扩大区内设有分别套装在内管上的上挡板和下挡板，上挡板和下挡板间连接有施加预压力的碟簧，碟簧套装在内管上，碟簧在预压力的作用下，使上挡板与上限位部紧密接触，使下挡板与下限位部和内管下端挡块紧密接触；位于扩大区以上的内管外壁表面设有内焊板，内焊板与外管间设有粘弹性材料；内管上端连接有上端板，上端板与墙体预埋板通过高强螺栓连接，外管下端连接有下端板，下端板与基础梁预埋板通过高强螺栓连接。

作为本方案的一种优选，所述剪力墙墙体可以是钢筋混凝土现浇剪力墙、钢筋混凝土装配式剪力墙或其他钢筋混凝土剪力墙。

作为本方案的一种优选，所述内管和外管可以是圆柱体、棱柱体或其他柱体结构。

作为本方案的一种优选，所述内焊板设置在内管两侧。

作为本方案的一种优选，所述内管与上端板、内管与内焊板以及外管与下端板均采用焊接连接。

作为本方案的一种优选，所述粘弹性材料工作频率为0～1Hz，在此频率范围内，粘弹性材料的材料性能稳定，耗能能力强。

作为本方案的一种优选，所述粘弹性材料采用工业硫化的方法粘贴在外管和内焊板之间。

本发明的有益效果是：

1、本发明自复位耗能装置设置在剪力墙墙脚两侧，当剪力墙受到外力后，通过压缩预紧的碟簧，不仅可以卸载外力，还可以提供自复位的恢复力，使碟簧在震后逐渐恢复到变形前的状态。相对于采用预应力钢筋的自复位墙体，碟簧的弹性变形能力远大于预应力钢筋的变形能力，同时不存在预应力失效的情况，有效地避免了预应力钢筋预应力损失导致其自复位性能下降的问题，能提高剪力墙的延性，满足构件在大震作用下的变形需求。

2、本发明粘弹性材料在受到外力作用下发生剪切变形，提供自复位的恢复力和耗散能力，当卸载外力后，粘弹性材料逐渐恢复到变形前的状态。相对于采用摩擦耗能元件的墙体，粘弹性材料性能稳定，耗能能力强，不存在长期静接触下耗能能力降低的问题，可有效地减小墙体塑性损伤，具有较好的耗能能力。

3、本发明剪力墙构造简单，造价较低，安装加工方便，其自复位耗能装置能够充分发挥碟簧和粘弹性材料的特性，不仅具有较好的自复位能力和耗能能力，而且地震作用后可有效减小墙体的残余变形，大大提高钢筋混凝土剪力墙的抗震性能。

附图说明

图1为本发明基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙的结构示意图；

图2为本发明自复位耗能装置的结构示意图；

图3为本发明自复位耗能装置的左视结构示意图；

图4为图2中1-1截面的剖视图；

图5为图2中2-2截面的剖视图；

图6为本发明基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙受压状态示意图；

图7为本发明基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙受拉状态示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1-5所示，一种基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力墙，包括剪力墙墙体1，剪力墙墙体1的底部伸出可植入基础梁3的锚固钢筋11，剪力墙墙体1的墙脚两端通过自复位耗能装置2与基础梁3连接；本发明通过在墙脚两侧设置新型自复位耗能装置，耗散地震能量，保护钢筋混凝土剪力墙不发生主体结构破坏。

所述自复位耗能装置2包括同轴设置的内管201和外管202，内管201下端穿入外管202且可在外管202内轴向往复移动，内管201下端设有内管下端挡块203，外管202下部扩大，扩大区上端形成上限位部204，扩大区下端形成下限位部205；扩大区内设有分别与套装在内管201上的上挡板206和下挡板207，上挡板206和下挡板207间连接有施加预压力的碟簧208，碟簧208套装在内管201上，碟簧208在预压力的作用下，使上挡板206与上限位部204紧密接触，使下挡板207与下限位部205和内管下端挡块203紧密接触；当剪力墙受到外力后，通过压缩碟簧提供自复位的恢复力；卸载外力，所述的碟簧变形逐渐恢复到变形前的状态，使剪力墙不产生残余变形，能很好地实现墙体的自复位。

位于扩大区以上的内管201外壁表面设有内焊板209，内焊板209设置在内管201两侧，内焊板209与外管202间设有粘弹性材料210。当粘弹性材料在受到外力作用下发生剪切变形，提供自复位的恢复力和耗散能力，当卸载外力后，粘弹性材料逐渐恢复到变形前的状态。

内管201上端连接有上端板211，上端板211与墙体预埋板212通过高强螺栓215连接，外管202下端连接有下端板213，下端板213与基础梁预埋板214通过高强螺栓215连接，从而实现墙体的安装。

所述内管201与上端板211、内管201与内焊板209以及外管202与下端板213均采用焊接连接。

所述粘弹性材料210工作频率为0～1Hz，在此频率范围内，粘弹性材料的材料性能稳定，耗能能力强。粘弹性材料210采用工业硫化的方法粘贴在外管和内焊板之间。

使用本发明基于粘弹性耗能的自复位钢筋混凝土剪力在墙遭遇地震时，若在外力作用下，碟簧上挡板或下挡板与外管未脱开时，自复位耗能装置发生整体弹性变形；若自复位耗能装置受到的压力大于碟簧的初始预压力，外管与内管发生相对运动，内管会带动上挡板向下运动，下挡板与下限位部紧密接触，上挡板与上限位部分离，如图6所示，碟簧进一步被压缩，提供自复位的恢复力；若自复位耗能装置受到的拉力大于碟簧的初始预压力，外管与内管发生相对运动，内管带动下挡板向上运动，上挡板与上限位部紧密接触，下挡板与下限位部分离，如图7所示，碟簧仍处于被压缩状态，提供自复位的恢复力。当粘弹性材料在受到外力作用下发生剪切变形，提供自复位的恢复力和耗散能力，当卸载外力后，粘弹性材料逐渐恢复到变形前的状态。

实际应用中，所述剪力墙墙体1可以是钢筋混凝土现浇剪力墙、钢筋混凝土装配式剪力墙或其他钢筋混凝土剪力墙。

实际应用中，所述内管201和外管202可以是圆柱体、棱柱体或其他柱体结构。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。