[发明专利]用于填充墙与主体结构的高性能泡沫铝耗能连接装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于填充墙与主体结构的连接装置，具体是一种用于填充墙与主体结构的高性能泡沫铝耗能连接装置。

背景技术

框架-填充墙结构体系是一种常见的房屋建筑结构体系,由于其建筑布置的灵活性，现广泛应用于多层厂房、商业办公楼、教学楼以及居民住宅楼中。但是由于填充墙与框架结构主体部分之间共同工作的机制较为复杂,在设计过程中,通常采用纯框架的方法进行计算,忽略了填充墙对结构的影响。然而，大量的震害都表明，有时结构整体没有发生严重破坏，但由于填充墙与主体结构的连接方式不当，使得填充墙和附近框架梁柱发生局部破坏，导致人员伤亡。因此，开发一种新型框架-填充墙连接装置，对改善其共同工作方式，保障人民生命财产安全具有重要意义。

在现行的《建筑抗震设计规范》中，填充墙不参与整体结构受力分析，而只被当做一类荷载施加在主体结构中，并对框架结构的自振周期进行适当折减。实用时，在初始弹性阶段，填充墙由于其较大的平面刚度，承受大多数地震作用力，随着地震作用的加大，填充墙会逐渐产生裂缝并发生破坏，而这种填充墙和主体结构的共同工作会导致与规范中计算模型的不同，从而使得按规范计算的结果误差较大。有时，为了满足某种功能上的要求，如要求底层大开间等，填充墙的较大刚度会使结构产生薄弱层，对结构抗震不利。同时，填充墙对框架梁柱的约束作用会使框架梁柱形成短梁、短柱，在地震作用下易发生脆性破坏，从而增加结构在地震作用下的安全隐患。

泡沫铝是一种由铝或铝合金基体与气孔复合而成的新型功能-结构一体化材料，最初是在20世纪50年代左右被提出，到20世纪90年代前后进入工业化阶段，并在美国国防部等资助下而快速发展。特殊的结构决定了其轻质、高孔隙率、高比表面积等特点，以及许多金属所不具备的优良特性，如高比强度、高吸能性、抗冲击性、电磁屏蔽、吸声性能、高阻尼性等。正是由于具有如此多的优点，泡沫铝被广泛应用于航空航天、汽车制造、噪声控制、电磁屏蔽以及热交换设备等领域。

泡沫铝的受压应力应变曲线可分为三个阶段：初始弹性阶段，中间很长的屈服平台阶段和最终密实阶段。并且泡沫铝还具备一定的承受拉力的能力。而橡胶是一种具有高阻尼的粘弹性材料，若将橡胶填充于开孔泡沫铝的孔洞之中，可以大大提高泡沫铝的性能。其结果相当于泡沫铝作为复合材料的骨架部分，提供材料刚度，而橡胶则提高复合材料的阻尼，增加其耗能能力。这就使得泡沫铝-橡胶复合材料成为一种可以用于框架结构和填充墙间的高性能连接材料。因此，合理利用高性能泡沫铝的优良特性，设计一种框架结构-填充墙连接装置，对改善框架和填充墙共同工作方式，提高结构整体抗震性能具有重要意义。

我国当前正处于土木工程建设的蓬勃发展阶段，又是地震多发国家，大量兴建的住宅结构基本都采用框架结构。因此，结合工程结构抗震设计及应用实际，设计一种制作简单，效果显著的高性能框架-填充墙连接装置，具有显著的经济效益和重大的社会意义。但至今为止，在土木工程建设技术领域内尚未有关于泡沫铝-橡胶复合材料的研发及应用研究报道，这也必将成为研究人员未来的新的研究方向和发展方向。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于填充墙与主体结构的高性能泡沫铝耗能连接装置，耗散地震作用的一部分能量，并避免由于填充墙的约束作用而使梁柱可能发生的脆性破坏。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于填充墙与主体结构的高性能泡沫铝耗能连接装置，包括泡沫铝-橡胶复合材料填块、内固定钢板、外固定钢板和梁柱预制螺杆，所述泡沫铝-橡胶复合材料填块设置在内固定钢板和外固定钢板之间，所述梁柱预制螺杆的一端嵌入所述泡沫铝-橡胶复合材料填块中，另一端外伸穿过所述内固定钢板，与主体结构的框架梁柱连接；所述外固定钢板与填充墙连接。泡沫铝-橡胶复合材料填块与两侧的内固定钢板和外固定钢板之间紧密相连，可以起到保护和约束高性能泡沫铝-橡胶复合材料填块的作用。

进一步的，在本发明中，所述外固定钢板的腹板上连接有若干焊接约束钢板。焊接约束钢板增强外固定钢板与填充墙的紧密牢固连接。

进一步的，在本发明中，所述焊接约束钢板与所述外固定钢板垂直连接。焊接约束钢板需充分嵌入或插入填充墙中，使得整个连接装置单元通过外固定钢板与填充墙的紧密牢固连接。

进一步的，在本发明中，所述外固定钢板为工字型钢板。工字形钢板具有上下两个翼缘板，在泡沫铝-橡胶复合材料填块的一侧，可以起到约束和保护固定设置在其间的泡沫铝-橡胶复合材料填块的作用；同时另一侧插入填充墙中，与填充墙形成稳定可靠的连接。