[发明专利]一种地震下应力均匀分布的模块化钢管混凝土多维耗能墙

说明书

本发明公开了一种地震下应力均匀分布的模块化钢管混凝土多维耗能墙，属于装配式结构抗震技术领域。所述体系由预制异型钢管混凝土、钢管混凝土间连接件、梁部连接件与螺栓构成。预制异形钢管混凝土内填高性能混凝土聚合物，其与外部钢管力学性能互补使得该构件在面内、外变形时均具有良好延性。该耗能墙采用分布式墙体，分布墙体采用顺梁向布置或垂直梁向布置，当分布墙体在外界多维激励作用下发生面内变形时，其为结构提供抗侧力能力；当墙发生面外变形时，墙体面外弯曲变形且等厚度处应力均匀分布，充分利用材料性能的同时弯曲耗能。该耗能墙各组件完全由工厂预制生产，质量可控，且采用装配式模块化安装，施工方便快捷，可减少工期与成本。

技术领域

本发明涉及一种地震下应力均匀分布的模块化钢管混凝土多维耗能墙，属于装配式结构抗震技术领域。

背景技术

地震灾害会造成建筑结构产生损伤甚至倒塌，从而致使人员伤亡和经济损失。墙体是结构必不可少的组成部分，提高结构抗侧力能力或仅作为形成隔断分割平面空间。但传统墙体在形式与功能上存在诸多局限，尤其在地震作用下暴露出了许多问题，传统钢筋混凝土剪力墙在地震作用下易产生开裂，而且存在损伤破坏集中的现象，损伤严重且集中现象的表现了材料利用不充分与延性较差的问题，加之剪力墙面外变形造成的墙底部损伤更会加剧刚度退化，抗震表现往往不够理想，总体抗震减震效果存在局限，而且该类剪力墙施工繁琐，人力成本高，施工过程长，且受到温度影响较大，环境污染严重，施工过程中即存在材料浪费现象。型钢剪力墙亦存在材料利用不充分的问题，墙体面外变形对其性能依旧存在不利影响，且用钢量较大，增加了构筑成本。钢板剪力墙本来就容易发生平面外失稳，加之地震的多维激励属性致使了墙体面外扰动，其失稳问题更加严重，不仅如此该类墙体沿墙对角线容易产生拉力带对两侧柱的性能存在消极作用，通过加密肋的方法可以改善上述现象，但提高了用钢量，材料利用率并未得到显著提升，还增加建筑成本。砌体填充墙在设计时仅作为平面空间隔断，在地震作用下延性较差，易开裂影响观感的同时甚至有可能出现平面外倒塌的风险。另外上述墙体在中部开洞时性能均会受到影响，布置不灵活。综上传统墙体的主要问题集中在，材料利用不充分造价较高的同时性能并不优越，面外变形对其力学性能造成的影响较大，地震作用下延性较差与刚度退化严重耗能能力有限。

混凝土构件易开裂问题和钢构件易失稳问题是两种材料缺陷得宏观反映，钢管混凝土的提出使得混凝土与钢材充分发挥各自材料优势，因而钢管混凝土构件在外力作用下表现出很高的刚度与承载能力，这使得在保证性能目标的前提下节约材料从而降低建造成本成为可能；同时其兼具有良好的延性与稳定性，降低了构件发生瞬时破坏的概率，使得构件的耗能能力可以得到保证。钢管混凝土良好的力学性能及经济效益使其适用于墙体的构建。近年来一些学者发觉了钢管混凝土剪力墙的潜力并提出了一些构造形式，但这些构造形式不够灵活实用，并不便应用于实际工程。首先，大部分构造形式依赖现场灌浆，钢管混凝土墙因厚度原因难以实现充分振捣，内部混凝土易出现细观缺陷从而对墙体宏观力学性能造成影响；少量装配式方案采用工厂预制结合整墙吊装的技术方案，这改善了混凝土细观缺陷问题使得墙体质量整体可控，但墙体本身体积和质量较大，且对吊装装配精度要求较高，增加了吊装施工过程的危险性与难度。另外，因为应力分布不均造成的墙体局部破坏导致墙体整体性能下降的问题并未得到显著改善。因此探索新的预制钢管混凝土墙施工方案并从力学性能优化角度对墙体构造进行改良意义重大。