專利名稱：一種高延性聯(lián)肢剪力墻的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種剪力墻，具體為一種以高延性纖維混凝土為填充材料和以小跨高比交叉式對角斜筋連梁為連梁的高延性聯(lián)肢剪力墻。
背景技術：
剪力墻又稱抗風墻或抗震墻、結構墻，是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載的墻體。由于結構使用功能的要求，剪力墻有時需要開設門窗洞口。根據(jù)洞口的有無、大小、形狀和位置等，剪力墻可分為整截面墻、整體小開口墻、聯(lián)肢墻和壁式框架。當剪力墻無洞口，或雖然有洞口，但可忽略洞口的影響，這類墻稱為整截面墻；當剪力墻的洞口稍大，但洞口對剪力墻的受力影響仍較小，這類墻稱為整體小開口墻；當剪力墻沿豎向開有一列或多列較大洞 口，其截面變形已不再符合平截面假定的剪力墻，可被看作是由墻肢和一系列連梁聯(lián)接組成的，其水平力由各墻肢抗彎和墻肢軸力組成的力偶共同抵抗，這類墻稱為聯(lián)肢剪力墻；當剪力墻成列布置的洞口很大，且洞口較寬、墻肢寬度相對較小，連梁的剛度接近或大于墻肢的剛度時，剪力墻的受力性能與框架結構類似，這類剪力墻稱為壁式框架。現(xiàn)有的聯(lián)肢剪力墻的設計存在以下問題1)由于聯(lián)肢剪力墻中連梁跨度不大，但為了滿足連梁有足夠的剛度以保證聯(lián)肢剪力墻的整體性，使剪力墻在水平荷載作用下側移不致過大，連梁的截面高度又不能過小，因此連梁的跨高比一般都較小(小于2. 5)，在抗震聯(lián)剪力墻中常規(guī)小跨高比連梁(如圖I所示，常規(guī)小跨高比連梁包括縱筋2和設置在縱筋2外側的箍筋3以及普通混凝土填充材料)已無法避免其自身過早發(fā)生剪切破壞，從而無法滿足結構對其抗震性能的要求。為了提高小跨高比連梁的抗震性能，現(xiàn)有技術中主要從連梁的配筋方案、截面形式和基體材料三個角度對其進行改進。在配筋方案和截面形式改進上，主要有交叉暗柱式配筋連梁、菱形配筋連梁、雙連梁和鋼纖維連梁等。其中，交叉暗柱式配筋連梁(如附圖2所示，交叉暗柱式配筋連梁包括縱筋2、設置在縱筋2外側的箍筋3和設置在縱筋2之間的交叉暗柱6以及設置在交叉暗柱上的暗柱箍筋7)可以滿足整體結構對小跨高比連梁抗震性能的要求，具有較優(yōu)的抗剪能力和耗能能力。但因其配置有交叉暗柱1，各暗柱上配置有大量箍筋2，導致此類連梁用鋼量大、鋼筋擁擠造成施工困難。另外，ZL201120109680. 2公開的高延性混凝土連梁以普通框架梁的構造為基礎，基體材料采用高延性混凝土，在一定程度上提高了小跨高比連梁的延性和耗能能力；但當跨高比過小時(小于2. 5)，其延性不再滿足結構抗震要求，需進一步增加箍筋的配置。2)聯(lián)肢剪力墻墻肢的彈塑性性能，如剛度、強度、延性和能量耗散等，主要取決于其塑性鉸區(qū)(墻肢底部)。而由于混凝土的脆性破壞機理和變形模式，在設計中很難保證剪力墻塑性鉸區(qū)的抗震抗剪能力，如邊緣構件混凝土壓碎、剪力引起的斜拉和斜壓破壞、沿施工縫處的滑移剪切破壞、受力鋼筋屈曲等
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種易于施工、延性高和抗震性能好的聯(lián)肢剪力墻。為此，本發(fā)明提供的聯(lián)肢剪力墻與常規(guī)的聯(lián)肢剪力墻相比其特征在于本發(fā)明的聯(lián)肢剪力墻的連梁為預制的交叉式對角斜筋連梁，并且其塑性鉸區(qū)的填充材料為高延性纖維混凝土 ；所述的交叉式對角斜筋連梁與常規(guī)的常規(guī)小跨高比連梁相比其特點在于，其對角縱筋間設置有對角斜筋，并且其填充材料為高延性纖維混凝土。上述對角斜筋的配置應滿足下述條件Vwb 彡 O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsd sin α (式 I)(式I)中Vwb為連梁斜截面抗剪承載力；
b為連梁截面寬度；h0為連梁截面有效高度；fc為高延性纖維混凝土抗壓強度；ft為高延性纖維混凝土軸心抗拉強度，ft = 3. 683fc°-174 ；Asd為單向對角斜筋面積；fsd為對角斜筋屈服強度；α為對角斜筋與連梁縱軸的夾角，a = arctan(ln/h)，In為連梁凈跨。上述高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維和水，其中，按質量百分比計，水泥粉煤灰硅灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維的體積摻量為1.5%。上述水泥為P. O. 52. 5R硅酸鹽水泥；上述粉煤灰為I級粉煤灰；上述硅灰的燒失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面積大于15000m2/kg ;上述砂的最大粒徑為
I.26mm ;上述PVA纖維的長度為6 12_、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上。本發(fā)明提供的聯(lián)肢剪力墻具有以下特點(I)抗剪箍筋用量少，節(jié)約鋼材，降低施工難度。(2)以高延性纖維混凝土作為連梁和墻體塑性鉸區(qū)的填充材料，可減小墻體整體的自重，并且高延性纖維混凝土具有良好的塑性變形能力，結構破壞時保護層混凝土不會剝落，可減少甚至免去強震后的修復費用。
以下結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖I為常規(guī)小跨高比連梁的結構示意圖；圖2為交叉暗柱式配筋連梁的結構示意圖；圖3為本發(fā)明的高延性聯(lián)肢剪力墻的結構示意圖；圖4為本發(fā)明的交叉式對角斜筋連梁的結構示意圖；圖5為圖4的A-A剖視圖；圖6為非線性力-位移理論模型計算簡圖；圖7為R/C試件和R/FRC試件的尺寸與配筋示意圖；圖8 (a)為R/C試件的破壞形態(tài)示意圖8 (b)為R/FRC試件的破壞形態(tài)示意圖；圖9 (a)為R/C試件的滯回曲線圖；圖9 (b )為R/FRC試件的滯回曲線圖；

圖10為試件CB-I與試件CB-2的荷載-位移骨架曲線圖。
具體實施方式

高延性纖維混凝土是一種在水泥基體中加入隨機分布短纖維，并通過界面設計的水泥基復合材料，纖維類型包括鋼釬維、碳纖維、聚合物纖維等。其具有很大的吸收能量的能力，與普通纖維混凝土最大的區(qū)別是僅添加2%左右的纖維，其單軸拉伸應變可達到3%，且拉伸時出現(xiàn)準應變硬化現(xiàn)象。延性高性能混凝土與鋼筋之間有很好的協(xié)調變形能力，鋼筋的粘結滑移變形較小?，F(xiàn)有技術表明，每生產I噸水泥熟料約排放I噸CO2等有害氣體，延性高性能混凝土利用工業(yè)廢料(粉煤灰)取代部分水泥熟料(約50% 70%)，減少了有害氣體的排放。延性高性能混凝土經界面設計，不含粗骨料，可緩解我國天然骨料資源趨于枯竭的現(xiàn)狀。本發(fā)明是結合高延性纖維混凝土結構上的優(yōu)點，同時考慮了連梁中鋼筋的配置方式以及聯(lián)肢剪力墻中的塑性鉸區(qū)的結構要求，而對現(xiàn)有的聯(lián)肢剪力墻的構造進行改進所得到的技術方案。參考圖3至圖5，本發(fā)明的聯(lián)肢剪力墻包括墻肢I和設置在墻肢I間的連梁8，墻肢I的底部設置有塑性鉸區(qū)9 ;所述連梁8為預制的交叉式對角斜筋連梁，所述塑性鉸區(qū)9的填充材料為高延性纖維混凝土(FRC);所述交叉式對角斜筋連梁包括縱筋2、設置在縱筋2外側的箍筋3和設置在對角縱筋2間的對角斜筋4以及填充材料高延性纖維混凝土(FRC) 5。所用的高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維和水，其中，按質量百分比計，水泥粉煤灰硅灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維的體積摻量為1.5%。優(yōu)選后的各種材料為水泥為P. O. 52. 5R硅酸鹽水泥；上述粉煤灰為I級粉煤灰；上述硅灰的燒失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面積大于15000m2/kg ;上述砂的最大粒徑為I. 26mm ;上述PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上。并且高延性纖維混凝土中可添加有減水率在30%以上的聚羧酸減水劑，減水劑的添加量為粉煤灰、硅灰和水泥總質量的O. 8%。上述預制交叉式對角斜筋連梁的縱筋2和對角斜筋4在墻肢澆筑時應伸入剪力墻墻肢，伸入長度由鋼筋直徑決定，連梁埋入剪力墻墻肢I的長度a為墻肢厚度和梁高的1/4的較大值。上述交叉式對角斜筋連梁的配筋方法為首先根據(jù)結構設計要求確定連梁構件尺寸，包括連梁長/、連梁截面寬度b和連梁截面有效高度；接著根據(jù)混凝土結構設計規(guī)范(GB 50010-2010)要求配置連梁縱向鋼筋和箍筋；然后按照(式I)的要求配置對角斜筋，其中連梁斜截面抗剪承載力Vwb應滿足(式I)要求
Vwb ( O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsd sin α(式 I)(式I)中fc為高延性纖維混凝土抗壓強度；ft為高延性纖維混凝土軸心抗拉強度，ft = 3. 683fc0·174 ；Asd為單向對角斜筋面積；fsd為對角斜筋屈服強度；α為對角斜筋與連梁縱軸的夾角，a = arctan(ln/h)，In為連梁凈跨。以下是發(fā)明人提供的關于上述(式I)的推導過程
根據(jù)壓桿一拉桿理論推導，參考圖6，該推導過程僅考慮對角斜筋和FRC的抗剪作用。根據(jù)力的平衡原理，可得梁端剪力Vwb為Vwb = (T+C) · sin α(式 2)(式2)中，α為對角斜筋與梁縱軸的夾角，C為壓桿合力，T為拉桿合力，并且C = A' sdo' si+k' ' c(式 3)T = Asdosd+Acoc(式 4)(式3)中A' 3(1為單向受壓對角斜筋的總面積(壓桿)，Asd為單向受拉對角斜筋的總面積(拉桿)，對稱配筋時，A' sd = Asd ；AJ為高延性纖維混凝土壓桿截面面積(壓桿)，A。為高延性纖維混凝土拉桿截面面積(拉桿)，假設A。' =AC；Oj為高延性纖維混凝土的拉應力，。。為高延性纖維混凝土的壓應力，。'“為對角斜筋拉應力。高延性纖維混凝土對角壓桿的面積AcZ定義為Ac1 = asXbs(式 5)(式5)中as為高延性纖維混凝土斜壓桿截面高度，bs為高延性纖維混凝土斜壓桿截面寬度，當沿連梁截面寬度方向僅配置單層對角斜筋時，bs取連梁截面寬度。根據(jù)對角斜筋連梁的破壞機理，假設as = 2x(式 6)(式6)中x為單向(同一傾斜方向)對角斜筋軸線間的垂直距離。高延性纖維混凝土交叉式對角斜筋連梁斜截面抗剪承載力Vwb可認為由高延性纖維混凝土壓力、高延性纖維混凝土拉力和對角斜筋三部分共同承擔，即Vwb = WVsd(式 7)(式7)中由高延性纖維混凝土抗壓承擔的剪力值V?？杀磉_為Vc = kcfcbh0(式 8)(式8)中，k。為高延性纖維混凝土抗壓強度抗剪影響系數(shù)。根據(jù)(式3 )，Vc又可表達為Vc = asXbsX σ ^ X sin α(式 9)令(式8)與(式9)相等，可得
權利要求
1.一種高延性聯(lián)肢剪力墻，包括墻肢和設置在墻肢間的連梁，所述墻肢的底部設有塑性鉸區(qū)，其特征在于，所述連梁為預制的交叉式對角斜筋連梁，該交叉式對角斜筋連梁包括縱筋、設置在縱筋上的箍筋和設置在縱筋間的交叉式對角斜筋以及連梁的填充材料，且連梁的填充材料為高延性纖維混凝土；所述塑性鉸區(qū)的填充材料為高延性纖維混凝土。
2.如權利要求I所述的高延性聯(lián)肢剪力墻，其特征在于，所述對角斜筋的配置應滿足下述條件Vwb 彡 O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsd sin α(式 I) (式I)中 Vwb為連梁斜截面抗剪承載力； b為連梁截面寬度； h0為連梁截面有效高度； fc為高延性纖維混凝土抗壓強度； ft為高延性纖維混凝土軸心抗拉強度，ft = 3. 683fc0174 ； Asd為單側對角斜筋面積； fsd為對角斜筋屈服強度； α為對角斜筋與連梁縱軸的夾角，a = arctan(ln/h)，In為連梁凈跨。
3.如權利要求I所述的高延性聯(lián)肢剪力墻，其特征在于，所述高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維和水，其中，按質量百分比計，水泥粉煤灰硅灰砂水=1 :0.9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維的體積摻量為1.5%。
4.如權利要求3所述的高延性聯(lián)肢剪力墻，其特征在于，所述水泥為P.O. 52. 5R硅酸鹽水泥；所述粉煤灰為I級粉煤灰；所述娃灰的燒失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、t匕表面積大于15000m2/kg ;所述砂的最大粒徑為I. 26mm ;上述PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高延性聯(lián)肢剪力墻。該聯(lián)肢剪力墻與常規(guī)的聯(lián)肢剪力墻相比其特征在于本發(fā)明的聯(lián)肢剪力墻的連梁為預制的交叉式對角斜筋連梁，并且其塑性鉸區(qū)的填充材料為高延性纖維混凝土；所述的交叉式對角斜筋連梁與常規(guī)的常規(guī)小跨高比連梁相比其特點為，連梁中設置有對角斜筋，對角斜筋無拉結筋，并且其填充材料為高延性纖維混凝土。該聯(lián)肢剪力墻中的連梁基體采用高延性纖維混凝土，對角斜筋不用配置拉結筋，在保證連梁抗震性能的前提下減少了鋼筋用量，降低了由于鋼筋擁擠造成的施工困難，并且連梁采用預制，縮短了聯(lián)肢剪力墻施工工期；剪力墻墻肢塑性鉸區(qū)基體材料和連梁基體材料采用高延性纖維混凝土，可充分保證聯(lián)肢剪力墻的整體抗震性能。
文檔編號E04B2/56GK102912895SQ201210435018
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月4日 優(yōu)先權日2012年11月4日
發(fā)明者梁興文, 車佳玲, 鄧明科, 李方圓, 史金田, 孫云飛 申請人:西安建筑科技大學