CN114908898A - Ecc增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙及装配方法 - Google Patents

Ecc增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙及装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙及装配方法，剪力墙包括上下钢梁、左右钢柱、不锈钢墙板、第一网状ECC板、第二网状ECC板和预应力筋；上下钢梁、左右钢柱的端部焊接固定为整体外框架；不锈钢墙板通过螺栓与上下左右钢梁相连；整体外框架在钢梁和钢柱的外槽钢翼缘上拧设有螺杆Ⅰ；第一网状ECC板、不锈钢墙板和第二网状ECC板依次设置，并通过布设在第一网状ECC板侧和第二网状ECC板侧的螺杆Ⅱ固定连接为一体；螺杆Ⅰ上拧设有柱形夹头Ⅰ，螺杆Ⅱ上拧设有柱形夹头Ⅱ，柱形夹头Ⅰ和柱形夹头Ⅱ上开设有通孔，预应力筋穿设在所述柱形夹头Ⅰ和柱形夹头Ⅱ上的通孔内。

Description

ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙及装配方法
技术领域
本发明属于结构工程技术领域，具体涉及一种ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙及其装配方法。
背景技术
剪力墙是高层建筑结构的主要抗侧力构件。随着建筑规范要求的不断提高以及高层和超高层建筑高度的增加，对高性能剪力墙的需求越来越大。在过去的几十年里，钢板剪力墙作为一种新型的抗侧力体系被广泛研究并应用于具有高延性、高初始刚度和耗能良好的高层建筑结构中。钢板墙结构较普通钢筋混凝土墙厚度减小很多，有效降低结构自重，减小地震响应，并控制结构成本费用，除此之外钢板剪力墙也可适用于既有建筑结构的加固改造。
随着资源的日益紧张，对环境保护提出了更高质量的要求，我国建筑产业的发展方式正在着力转型。装配式建筑的发展符合建筑产业贯彻落实绿色发展理念，在中国研究方兴未艾。相对于传统现浇型建筑，装配式建筑有效解决建筑行业劳力短缺、建筑成本提升、有效保证工期和施工质量，能过严格落实绿色环保安全等方面的规定，得到了快速发展和广泛认可。不同设计类型的钢板剪力墙拥有其自身的特点和适用环境。钢板剪力墙发生屈曲后会形成拉力带，类似于一系列斜撑作用，对边柱会产生较大的附加弯距，增加了柱子的负担。防屈曲钢板剪力墙主要目的是为了抑制钢墙板屈曲而提出的，采用新的结构形式和材料削弱和抑制钢墙板的面外变形。
在装配式钢板剪力墙中应用具有良好延性性能和应***化性能的不锈钢墙板，为结构提供充足的安全冗余度，ECC板对称布置在不锈钢墙板两侧以墙板抗侧力刚度，并采用预应力结构形式来实现装配式钢板剪力震后功能自恢复。目前在装配式钢板剪力墙采用不锈钢墙板预应力组合结构形式的研究或报道尚未出现。
发明内容
为了解决上述问题，有必要提供一种ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙及其装配方法。
本发明第一方面提供一种ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，包括：上下钢梁、左右钢柱、不锈钢墙板、第一网状ECC板、第二网状ECC板和预应力筋；
上下钢梁、左右钢柱的端部焊接固定为整体外框架；
所述钢梁和所述钢柱设置鱼尾板；所述鱼尾板的连接板上沿所述整体外框架的内框方向设置有不锈钢墙板连接板，所述不锈钢墙板连接板上开设有一排螺栓孔；
所述不锈钢墙板通过螺栓与上下钢梁和左右钢柱相连，以与所述整体外框架连接成整体；
所述整体外框架在钢梁和钢柱的外槽钢翼缘上拧设有螺杆Ⅰ；
所述第一网状ECC板、所述不锈钢墙板和所述第二网状ECC板依次设置，并通过布设在所述第一网状ECC板侧和所述第二网状ECC板侧的螺杆Ⅱ固定连接为一体；
所述螺杆Ⅰ上拧设有柱形夹头Ⅰ，所述螺杆Ⅱ上拧设有柱形夹头Ⅱ，所述柱形夹头Ⅰ和所述柱形夹头Ⅱ上开设有通孔，所述预应力筋穿设在所述柱形夹头Ⅰ和所述柱形夹头Ⅱ上的通孔内。
基于上述，所述螺杆Ⅰ和所述螺杆Ⅱ沿所述整体外框架的对称十字网格方向布设。
基于上述，所述柱形夹头Ⅰ包括通过内六角螺栓连接的柱形上盖板Ⅰ和下夹头Ⅰ；所述柱形夹头Ⅰ的通孔由开设在所述柱形上盖板Ⅰ上的半圆孔和开设在所述下夹头Ⅰ上的半圆孔组成；所述柱形夹头Ⅰ的通孔内设置有锚夹具，所述锚夹具上布设锥形通孔。
基于上述，所述柱形夹头Ⅱ包括通过内六角螺栓连接的柱形上盖板Ⅱ、中夹头和下夹头Ⅱ；所述柱形夹头Ⅱ的通孔由两个十字形排布的第一通孔和第二通孔组成，所述第一通孔由开设在所述柱形上盖板Ⅱ上的半圆孔和开设在所述中夹头一端面的半圆孔组成，所述第二通孔由开设在所述下夹头Ⅱ上的半圆孔和开设在所述中夹头另一端面的半圆孔组成。
基于上述，所述螺杆Ⅰ和所述螺杆Ⅱ为柱形双头螺栓。
基于上述，所述预应力筋采用预应力钢绞线。
本发明第二方面提供一种所述ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的装配方法，包括以下步骤：
步骤1，预先将带有螺栓孔的鱼尾板结构焊接，形成整体外框架；
步骤2，不锈钢墙板通过螺栓与鱼尾板相连，与框架连接成整体；
步骤3，柱形夹头Ⅰ通过内六角螺栓拧紧，钢梁和钢柱的外槽钢翼缘对穿螺栓孔穿束双头螺栓，拧紧柱形夹头I，形成螺栓组合结构I；
步骤4，柱形夹头Ⅱ通过内六角螺栓拧紧，网状ECC板通过不锈钢墙板螺栓孔穿束双头螺栓，对称固定在不锈钢墙板上，双头螺栓的两侧装上垫片拧紧螺母，拧紧柱形夹头Ⅱ，形成螺栓组合结构II；
步骤5，预应力筋沿柱形夹头I和柱形夹头II组成的对称十字网格穿束，按照结构设计要求施加预紧力，使预应力绞线拉直并固定。
本发明相对现有技术，具有突出的实质性特点和显著性进步，具体来说：
1、装配式钢板剪力墙墙板采用不锈钢墙板，利用不锈钢墙板的高强度为结构提供足够抗侧力刚度，利用不锈钢板的高延性可保证结构达到屈服状态时，仍有足够的安全保证不至于快速破坏。不锈钢板具有优异的耐腐蚀性、耐久性、工作温度区域范围广，为该装配式钢板剪力墙提供丰富的使用环境。
2、网格状ECC板对称布置在不锈钢板两侧，为不锈钢墙板增强抗侧力刚度，防止不锈钢墙板发生屈曲变形。
3、装配式钢板剪力墙在整体外框架两侧对称穿束锚固预应力绞线，不锈钢墙板沿对称以合适间距开洞，并采用一种螺栓组合结构，实现穿束预应力筋，使得预应力筋与ECC板、不锈钢墙板形成整体结构共同受力。
4、穿束的预应力筋通过柱形夹头I和柱形夹头II与ECC板和不锈钢墙板相连，力均匀更加传递，预应力筋在一定程度上可以增强不锈钢墙板刚度，在地震作用下，对称设置的预应力筋可以实现快速自复位，减少结构变形，防止结构破坏。
5、不锈钢墙板适当距离开洞可以减弱拉应力带，对称十字网格布置的预应力筋有效抑制不锈钢墙板屈曲，共同作用可以极大的削弱拉应力场效应。
6、结构采用工厂机械加工，无需现场焊接作业，避免焊接产生的裂纹或杂质缺陷。结构现场拼装，主要连接方式采用高强螺栓连接，整体结构拆装方便且施工速度快，整体结构构造简洁，受力特点明确，方便结构损伤检测和震后修复。
7、该结构采用预应力钢绞线，可根据结构承载力要求设定预应力值，整体结构无需施加的过大的预应力即可保证结构的自复位能力，实现钢板剪力墙的防屈曲。
8、结构构件均为钢铁制品，即使发生破坏，更换后可回炉重炼，进而实现可循环利用，该结构属于绿色建筑结构范畴。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的结构示意图。
图2是本发明ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的俯视结构示意图。
图3是本发明ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的左视结构示意图。
图4是本发明ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的鱼尾板的结构示意图。
图5是本发明ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的螺栓组合结构Ⅰ的***结构示意图。
图6是本发明ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的螺栓组合结构II的***结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步地详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节，以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-6所示，本实施实例提出一种ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，包括：上下钢梁1、左右钢柱1、不锈钢墙板2、第一网状ECC板3、第二网状ECC板4和预应力筋5。所述预应力筋5采用预应力钢绞线。
上下钢梁1、左右钢柱1的端部焊接固定为整体外框架；所述钢梁和所述钢柱设置鱼尾板；所述鱼尾板的连接板11上沿所述整体外框架的内框方向设置有不锈钢墙板连接板12，所述不锈钢墙板连接板12上开设有一排螺栓孔；所述不锈钢墙板2通过螺栓与上下钢梁和左右钢柱相连，以与所述整体外框架连接成整体。
所述整体外框架在钢梁和钢柱的外槽钢翼缘上拧设有螺杆Ⅰ6；所述第一网状ECC板3、所述不锈钢墙板2和所述第二网状ECC板4依次设置，并通过布设在所述第一网状ECC板3侧和所述第二网状ECC板4侧的螺杆Ⅱ7固定连接为一体；所述螺杆Ⅰ6和所述螺杆Ⅱ7沿所述整体外框架的对称十字网格方向布设。所述螺杆Ⅰ6和所述螺杆Ⅱ7为柱形双头螺栓。
所述螺杆Ⅰ6上拧设有柱形夹头Ⅰ61，所述螺杆Ⅱ7上拧设有柱形夹头Ⅱ71，所述柱形夹头Ⅰ61和所述柱形夹头Ⅱ71上开设有通孔，所述预应力筋5穿设在所述柱形夹头Ⅰ61和所述柱形夹头Ⅱ71上的通孔内；
所述柱形夹头Ⅰ61包括通过内六角螺栓连接的柱形上盖板Ⅰ611和下夹头Ⅰ612；所述柱形夹头Ⅰ61的通孔由开设在所述柱形上盖板Ⅰ611上的半圆孔和开设在所述下夹头Ⅰ612上的半圆孔组成；所述柱形夹头Ⅰ61的通孔内设置有锚夹具8，所述锚夹具8上布设锥形通孔；
所述柱形夹头Ⅱ71包括通过内六角螺栓连接的柱形上盖板Ⅱ711、中夹头712和下夹头Ⅱ713；所述柱形夹头Ⅱ71的通孔由两个十字形排布的第一通孔和第二通孔组成，所述第一通孔由开设在所述柱形上盖板Ⅱ711上的半圆孔和开设在所述中夹头712一端面的半圆孔组成，所述第二通孔由开设在所述下夹头Ⅱ713上的半圆孔和开设在所述中夹头712另一端面的半圆孔组成。
所述ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的装配方法，包括以下步骤：
步骤1，预先将带有螺栓孔的鱼尾板结构焊接，形成整体外框架；
步骤2，不锈钢墙板2通过螺栓与鱼尾板相连，与框架连接成整体；
步骤3，柱形夹头Ⅰ61通过内六角螺栓拧紧，钢梁和钢柱的外槽钢翼缘对穿螺栓孔穿束双头螺栓，拧紧柱形夹头I61，形成螺栓组合结构I；
步骤4，柱形夹头Ⅱ71通过内六角螺栓拧紧，第一网状ECC板3和第二网状ECC板4通过不锈钢墙板2螺栓孔穿束双头螺栓，对称固定在不锈钢墙板2上，双头螺栓的两侧装上垫片拧紧螺母，拧紧柱形夹头Ⅱ71，形成螺栓组合结构II；
步骤5，预应力筋沿柱形夹头I61和柱形夹头II71组成的对称十字网格穿束，按照结构设计要求施加预紧力，使预应力绞线拉直并固定。
所述ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的受力描述：
1、水平地震作用及风荷载作用在结构上，结构承受水平力作用时，水平力主要由框架通过高强螺栓连接传递至不锈钢板。
2、结构在小震作用下，不锈钢墙板和框架共同受力，承受剪力和弯矩共同作用，不锈钢墙板承担主要剪力和弯矩，不锈钢板未达到屈服荷载，此时整体结构的抗侧力刚度较大，结构处于弹性状态。
3、结构在中震或大震作用下，水平力作用增加，不锈钢墙板达到屈服强度，不锈钢板发生屈曲，ECC板约束墙板屈曲增强不锈钢墙板刚度，同时一侧预应力绞线受拉，传递至不同位置的螺栓组合结构以拉力，抵抗不锈钢墙板的屈曲变形。随着水平作用力进一步加大，不锈钢墙板屈曲变形后会形成的拉力场来抵抗水平力，锚固在框架上的拉力场对边柱会产生较大的附加弯距，结构抗侧刚度显著降低，不锈钢墙板沿十字网格方向开孔可以部分缓解拉力场，当拉力场形成，两侧预应力绞线传递至拉立场的螺栓组合结构的拉力进一步加大，抑制拉立场扩大。
4、预应力绞线在拉力场形成后，预应力通过螺栓组合结构和框架结构、ECC板、不锈钢墙板连接成一个整体，预应力绞线在抵抗侧向刚度同时发挥作用。
5、当外力撤除后，不锈钢墙板在预应力绞线传递至螺栓组合结构的拉力作用下变形恢复，从而实现结构震后自复位。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，其特征在于，包括：
上下钢梁、左右钢柱、不锈钢墙板、第一网状ECC板、第二网状ECC板和预应力筋；
上下钢梁、左右钢柱的端部焊接固定为整体外框架；
所述钢梁和所述钢柱设置鱼尾板；所述鱼尾板的连接板上沿所述整体外框架的内框方向设置有不锈钢墙板连接板，所述不锈钢墙板连接板上开设有一排螺栓孔；
所述不锈钢墙板通过螺栓与上下钢梁和左右钢柱相连，以与所述整体外框架连接成整体；
所述整体外框架在钢梁和钢柱的外槽钢翼缘上拧设有螺杆Ⅰ；
所述第一网状ECC板、所述不锈钢墙板和所述第二网状ECC板依次设置，并通过布设在所述第一网状ECC板侧和所述第二网状ECC板侧的螺杆Ⅱ固定连接为一体；
所述螺杆Ⅰ上拧设有柱形夹头Ⅰ，所述螺杆Ⅱ上拧设有柱形夹头Ⅱ，所述柱形夹头Ⅰ和所述柱形夹头Ⅱ上开设有通孔，所述预应力筋穿设在所述柱形夹头Ⅰ和所述柱形夹头Ⅱ上的通孔内。
2.根据权利要求1所述的ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，其特征在于：所述螺杆Ⅰ和所述螺杆Ⅱ沿所述整体外框架的对称十字网格方向布设。
3.根据权利要求2所述的ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，其特征在于：所述柱形夹头Ⅰ包括通过内六角螺栓连接的柱形上盖板Ⅰ和下夹头Ⅰ；所述柱形夹头Ⅰ的通孔由开设在所述柱形上盖板Ⅰ上的半圆孔和开设在所述下夹头Ⅰ上的半圆孔组成；所述柱形夹头Ⅰ的通孔内设置有锚夹具，所述锚夹具上布设锥形通孔。
4.根据权利要求3所述的ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，其特征在于：所述柱形夹头Ⅱ包括通过内六角螺栓连接的柱形上盖板Ⅱ、中夹头和下夹头Ⅱ；所述柱形夹头Ⅱ的通孔由两个十字形排布的第一通孔和第二通孔组成，所述第一通孔由开设在所述柱形上盖板Ⅱ上的半圆孔和开设在所述中夹头一端面的半圆孔组成，所述第二通孔由开设在所述下夹头Ⅱ上的半圆孔和开设在所述中夹头另一端面的半圆孔组成。
5.根据权利要求4所述的ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，其特征在于：所述螺杆Ⅰ和所述螺杆Ⅱ为柱形双头螺栓。
6.根据权利要求5所述的ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙，其特征在于：所述预应力筋采用预应力钢绞线。
7.一种权利要求6所述ECC增强的装配式预应力筋支撑钢板剪力墙的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，预先将带有螺栓孔的鱼尾板结构焊接，形成整体外框架；
步骤2，不锈钢墙板通过螺栓与鱼尾板相连，与框架连接成整体；
步骤3，柱形夹头Ⅰ通过内六角螺栓拧紧，钢梁和钢柱的外槽钢翼缘对穿螺栓孔穿束双头螺栓，拧紧柱形夹头I，形成螺栓组合结构I；
步骤4，柱形夹头Ⅱ通过内六角螺栓拧紧，网状ECC板通过不锈钢墙板螺栓孔穿束双头螺栓，对称固定在不锈钢墙板上，双头螺栓的两侧装上垫片拧紧螺母，拧紧柱形夹头Ⅱ，形成螺栓组合结构II；
步骤5，预应力筋沿柱形夹头I和柱形夹头II组成的对称十字网格穿束，按照结构设计要求施加预紧力，使预应力绞线拉直并固定。
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