一种内置软钢的高耗能混凝土连梁的制作方法

本实用新型涉及连梁技术领域，具体地说是一种提高抗剪承载力和延性并在地震作用下具有良好耗能效果的内置软钢的高耗能混凝土连梁。

背景技术：

在高层建筑中,连梁剪力墙能有效抵抗风荷载和地震荷载引起的剪力。在地震作用下，墙肢之间的连梁能够有效消耗能量，并且为整个剪力墙体系提供很强的刚度。现有各种连梁的情况如下：1）普通混凝土连梁：延性较差，混凝土一旦进入塑性，承载力迅速下降，在大震下表现出明显的脆性，在弯剪作用下容易发生剪切破坏产生交叉斜裂缝，抗震耗能效果较差；2）对角斜筋混凝土连梁：为应对普通混凝土连梁易发生剪切破坏的问题，在连梁内部放置对角斜筋，一定程度上增加了连梁的抗剪强度和延性，但抗弯承载力提高不多,并且当混凝土连梁宽度较小时施工难度较大；3）菱型配筋钢筋混凝土连梁：能够有效提高小跨高比连梁的延性，但对施工要求较高并且成本较高，不易推广；4）钢骨混凝土连梁：型钢的加入使得连梁整体延性较好，但是本身刚度较大，与墙肢刚度比不当会使得塑性铰优先产生于墙肢，反而不利于连梁耗能；5）带通缝钢筋混凝土连梁：通过增加跨高比，大幅度提高了连梁的延性，但此时连梁的刚度降为原来的四分之一，影响了联肢剪力墙的整体性；6）自控连梁：通过连梁两端设水平通缝，中间利用素混凝土形成连接键。大震下素混凝土连接键开裂，形成上下两个连梁，增大跨高比以增加延性，此方法对于缝槽的精度要求较高，不利于实际工程中的推广。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种提高抗剪承载力和延性并在地震作用下具有良好耗能效果的内置软钢的高耗能混凝土连梁。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种内置软钢的高耗能混凝土连梁，包括受力纵筋、箍筋和构造纵筋，其特征在于：成矩形设置的受力纵筋采用端部的箍筋固定成型，两端部的箍筋构成的腔体内部放置软钢板，软钢板的两端分别固定在两端部的箍筋上，构造纵筋设置在受力纵筋之间并位于软钢板的前后两侧，两端部的箍筋之间亦设有中部的箍筋用于固定受力纵筋和构造纵筋；上述结构放置在连梁模板中采用纤维增强高阻尼聚合物混凝土浇筑即可获得所需的连梁。

所述的软钢板位于连梁的中部且软钢板的端部两侧通过点焊与两端部的箍筋焊接在一起。

所述软钢板的上下表面通过点焊与中部的箍筋焊接在一起。

所述的软钢板为H形钢板，软钢板的厚度为连梁宽度的1/15-1/10, 软钢板的两端高度不超过两端部的箍筋构成的腔体高度以实现点焊定位，软钢板的中段高度为软钢板的端部高度的1/3-1/2。

所述软钢板的中段长度等于连梁的净跨度。

所述的连梁埋入剪力墙墙肢的长度取墙肢厚度和梁高1/2的较大值。

所述纤维增强高阻尼聚合物混凝土的材料组分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加剂、纤维和高效减水剂、消泡剂、分散剂，其中按质量比为水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）选择水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰质量用量的7～16%选取聚合物添加剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.8～1.8%选取高效减水剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.5%～1.2%选取消泡剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.15～0.32%选取分散剂，纤维为PVA纤维，按水、水泥、粉煤灰及砂的总体积的0.8%～2.5%选取PVA纤维；将上述原料按比例配置后搅拌均匀即可得到纤维增强高阻尼聚合物混凝土。

所述的水泥采用海螺牌P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用细度模数为1.6～2.2的普通河沙；水采用密度为 1.0g/cm³、符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求的普通自来水；聚合物添加剂采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纤维采用弹性模量42Gpa、长径比7%的PVA纤维；分散剂采用十二烷基苯磺酸钠；高效减水剂采用减水率为20～35%的聚羧酸减水剂；消泡剂采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷铜聚醚中的一种。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型的连梁由贯穿预制连梁的受力纵筋和构造纵筋、纵筋外部的箍筋、内置在连梁中的软钢板作为加强体，纤维增强高阻尼聚合物混凝土作为基体，该连梁相较于传统的混凝土连梁，由于采用了纤维增强高阻尼聚合物混凝土作为基体并内置软钢板，使得连梁的抗剪承载力和延性得到提高，在地震作用下具有良好的耗能效果。

本实用新型的连梁采用的是纤维增强高阻尼聚合物混凝土，PVA纤维的桥接作用使得连梁在承受荷载发生破坏的过程中，表现出“多缝开裂”以及“应变硬化”的特点，每条微裂缝不超过100um，因此使用纤维增强高阻尼聚合物混凝土能够提高连梁的承载力，减轻连梁混凝土的开裂剥落。

本实用新型的连梁采用软钢板作为加强体承担一部分剪力，使得连梁破坏形式得到改善，更多表现为弯曲剪切破坏；同时软钢板在小应变范围内就进入塑性，更早发挥耗能作用；软钢板的加入不会使得连梁刚度大幅度提高，避免了普通型钢连梁剪力墙塑性铰先产生于墙肢的缺点。

本实用新型的连梁中的软钢板与高延性的纤维增强高阻尼聚合物混凝土能够粘结在一起协调工作，缓解了普通混凝土与钢筋之间的粘结滑移问题，改善了混凝土连梁的变形能力，从而提高混凝土连梁的延性和耗能能力；在大位移和大荷载作用下，该连梁能够保持较好的整体性，同时抗剪承载力得到提高，刚度退化也得到了推迟。

附图说明

附图1为本实用新型的内置软钢的高耗能混凝土连梁的结构示意图；

附图2为附图1的A-A截面结构示意图；

附图3为附图1的B-B截面结构示意图。

其中：1—受力纵筋；2—软钢板；3—箍筋；4—构造纵筋。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-3所示：一种内置软钢的高耗能混凝土连梁，包括受力纵筋1、箍筋3和构造纵筋4，其特征在于：成矩形设置的受力纵筋1采用端部的箍筋3固定成型，两端部的箍筋3构成的腔体内部放置软钢板2，软钢板2的两端分别固定在两端部的箍筋3上，构造纵筋4设置在受力纵筋1之间并位于软钢板2的前后两侧（从两个截面图来看：构造纵筋4则位于软钢板2的左右两侧），两端部的箍筋3之间亦设有中部的箍筋3用于固定受力纵筋1和构造纵筋4；上述结构放置在连梁模板中采用纤维增强高阻尼聚合物混凝土浇筑即可获得所需的连梁，使用时，连梁埋入剪力墙墙肢的长度取墙肢厚度和梁高1/2的较大值。从结构和参数来看，软钢板2位于连梁的中部且软钢板2的端部两侧通过点焊与两端部的箍筋3焊接在一起，同时软钢板2的上下表面通过点焊与中部的箍筋3焊接在一起；软钢板2为H形钢板，软钢板2的厚度为连梁宽度的1/15-1/10, 软钢板2的两端高度不超过两端部的箍筋3构成的腔体高度以实现点焊定位，软钢板2的中段高度为软钢板2的端部高度的1/3-1/2，同时软钢板2的中段长度等于连梁的净跨度。

在上述连梁中，使用的纤维增强高阻尼聚合物混凝土的材料组分包括：水泥、水、粉煤灰、砂、聚合物添加剂、纤维和高效减水剂、消泡剂、分散剂，其中水泥采用海螺牌P.O42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用细度模数为1.6～2.2的普通河沙；水采用密度为 1.0g/cm³、符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求的普通自来水；聚合物添加剂采用羧基丁苯乳液或丙烯酸共聚乳液；纤维采用弹性模量42Gpa、长径比7%的PVA纤维；分散剂采用十二烷基苯磺酸钠，也叫四聚丙烯基苯磺酸钠，是一种白色粉粉末固体，其溶于水会变成半透明溶液，主要用作于阴离子型的表面活性剂；高效减水剂采用外观是黄色透明油状的液体、减水率为20～35%的聚羧酸减水剂；消泡剂采用磷酸三丁酯、聚丙烯酸酯、硅烷铜聚醚中的一种。其中按质量比为水泥：水：粉煤灰：砂=1：（0.45～0.70）：（0.50～1.20）：（1.00～2.20）选择水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰质量用量的7～16%选取聚合物添加剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.8～1.8%选取高效减水剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.5%～1.2%选取消泡剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.15～0.32%选取分散剂，纤维为PVA纤维，按水、水泥、粉煤灰及砂的总体积的0.8%～2.5%选取PVA纤维；将上述原料按比例配置后搅拌均匀即可得到纤维增强高阻尼聚合物混凝土。

纤维增强高阻尼聚合物混凝土的应用原理为：纤维增强高阻尼聚合物混凝土在逐级承受荷载的过程中，随着荷载的逐步变大，混凝土构件在受力最大处产生第一条微裂缝，由于PVA纤维与混凝土基体之间存在较好的界面粘结力，界面粘结力产生的桥接作用能够连接纤维两端的混凝土，从而限制了该微裂缝宽度的进一步扩大。当荷载继续增加时转而在构件的其他区域产生新的微裂缝，并且每条微裂缝的宽度不超过100um,这种多裂缝同时存在于混凝土构件上的现象称之为“多缝开裂”，多缝开裂能够显著增大构件的承载力。故纤维增强高阻尼聚合物混凝土制作的混凝土构件承载力和延性都高于普通混凝土。其高延性的特点尤其适用于连梁，能够保证混凝土连梁在大震下依旧具有良好的整体性同时起到耗能的作用。内置软钢板的混凝土连梁相较于普通加强体（钢筋、型钢）的混凝土连梁具有以下优势：（1）软钢与传统钢材相比，屈服点更低，在小应变范围内即出现塑性并具有高度的塑性变形能力，能够更好的与纤维增强高阻尼聚合物混凝土协调变形，共同耗能；（2）软钢屈服承载力的偏差幅度相较于传统钢材更小，在循环荷载作用下力学性能稳定，故更适合于预制构件的制作；（3）内置软钢板的混凝土连梁比内置型钢混凝土连梁刚度低，地震作用下，连梁两端的塑性铰先于墙肢产生，避免了一些连梁在实际应用中无法发挥耗能作用的问题。

下面通过内置软钢的高耗能混凝土连梁的浇筑过程来进一步说明本实用新型提供的技术方案。

该内置软钢的高耗能预制混凝土连梁的浇筑方法为：（1）绑扎连梁的受力纵筋1成矩形设置，在受力纵筋1的外侧绑扎连梁两端的端部箍筋3使得受力纵筋1固定成型，放入软钢板2并定位于端部箍筋3的内侧正中央，软钢板2的上下两侧通过点焊与箍筋3连接在一起；构造纵筋4设置在受力纵筋1之间并位于软钢板2的前后两侧，两端部的箍筋3之间亦设有中部的箍筋3用于固定受力纵筋1和构造纵筋4，同时完成剩余箍筋3与软钢板2的点焊；（2）支连梁模板；（3）采用纤维增强高阻尼聚合物混凝土浇筑连梁；（4）在浇筑完成后，刮平表面，在室温下养护24小时后在表面覆盖塑料薄膜，浇水养护28d；（5）拆除模板，连梁浇筑完成。

技术要求：连梁的受力纵筋1和构造纵筋4应满足连梁抗弯承载力计算和混凝土结构设计规范GB50010中构造要求；连梁的箍筋3应满足连梁受剪承载力计算和非抗震设计的构造要求；软钢板2的尺寸参照示意图，为连梁宽度的1/15-1/10, 软钢板2的两端高度不超过两端部的箍筋3构成的腔体高度以实现点焊定位，软钢板2的中段高度为软钢板2的端部高度的1/3-1/2；软钢板2宜选择日本生产标号为LY225/160/100的软钢，性能较为稳定。

连梁实例一：截面尺寸为120X500mm，净跨度为600mm（净跨度为剪力墙之间的连梁长度，不包括伸入剪力墙中的连梁长度）；箍筋3为6@80，受力纵筋1为4C12（“C”代表HRB400级钢筋），构造纵筋4为4B10（“B” 代表HPB300级钢筋）。软钢板2的尺寸：厚度为10mm；两端高度为440mm，长度各为250mm；中段高度为200mm，长度为600mm，合计全长1040mm；软钢板2的标号为LY160。以上受力纵筋1与构造纵筋4的数量均为连梁截面双侧钢筋数量总数。

下面通过实验举例来说明本实用新型采用的纤维增强高阻尼聚合物混凝土材料具备的高裂缝控制能力、能量吸收能力以及高韧性等多项性能。

水泥采用海螺牌P.O42.5级普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用细度模数为1.6～2.2的普通河沙；水采用密度为 1.0g/cm³、符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）要求的普通自来水；聚合物添加剂采用丙烯酸共聚乳液；纤维采用弹性模量42Gpa、长径比7%的PVA纤维（聚乙烯醇纤维）；分散剂采用十二烷基苯磺酸钠；高效减水剂采用减水率为35%的聚羧酸减水剂；消泡剂采用硅烷铜聚醚。

按质量比为水泥：水：粉煤灰：砂1：0.55：0.6：1.8选择水泥、水、粉煤灰、砂，按水泥和粉煤灰质量用量的7%选取聚合物添加剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.8%选取高效减水剂，按水泥和粉煤灰质量用量的1.05%选取消泡剂，按水泥和粉煤灰质量用量的0.30%选取分散剂，按水、水泥、粉煤灰及砂的总体积的1.8%选取PVA纤维；将上述原料按比例配置后搅拌均匀即可得到纤维增强高阻尼聚合物混凝土。

拉伸试验中：极限拉应变和极限应力分别为2.22%和3.3Mpa，分别是纯基体的20.2倍和2.84倍。阻尼比试验：采用悬臂梁的自由衰减法，在悬臂梁的自由端方式下，敲击自由端，利用自由衰减曲线测出复合水泥基的对数衰减率以及阻尼比；纤维增强高阻尼聚合物混凝土较纯基体的阻尼比提高了31.02%，实际阻尼比具体数值为6.8%。纤维之所以可以提高材料的阻尼性能是因为：当PVA纤维分散在基体中的时候，纤维与基体有一定的界面结合，在强迫运动下会产生界面的滑移摩擦，是一个机械能转化为摩擦热能的过程。

本实用新型的连梁由贯穿预制连梁的受力纵筋1和构造纵筋4、纵筋外部的箍筋3、内置在连梁中的软钢板2作为加强体，纤维增强高阻尼聚合物混凝土作为基体，该连梁相较于传统的混凝土连梁，由于采用了纤维增强高阻尼聚合物混凝土作为基体并内置软钢板2，使得连梁的抗剪承载力和延性得到提高，在地震作用下具有良好的耗能效果。本实用新型的连梁采用的是纤维增强高阻尼聚合物混凝土，PVA纤维的桥接作用使得连梁在承受荷载发生破坏的过程中，表现出“多缝开裂”以及“应变硬化”的特点，每条微裂缝不超过100um，因此使用纤维增强高阻尼聚合物混凝土能够提高连梁的承载力，减轻连梁混凝土的开裂剥落。

本实用新型的连梁采用软钢板2作为加强体承担一部分剪力，使得连梁破坏形式得到改善，更多表现为弯曲剪切破坏；同时软钢板2在小应变范围内就进入塑性，更早发挥耗能作用；软钢板2的加入不会使得连梁刚度大幅度提高，避免了普通型钢连梁剪力墙塑性铰先产生于墙肢的缺点。连梁中的软钢板2与高延性的纤维增强高阻尼聚合物混凝土能够粘结在一起协调工作，缓解了普通混凝土与钢筋之间的粘结滑移问题，改善了混凝土连梁的变形能力，从而提高混凝土连梁的延性和耗能能力；在大位移和大荷载作用下，该连梁能够保持较好的整体性，同时抗剪承载力得到提高，刚度退化也得到了推迟。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。