带可更换构件的FRP混合配筋联肢剪力墙结构

本发明涉及建筑工程领域，属于可恢复功能结构体系领域，具体涉及一种带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙结构。

背景技术：

1、剪力墙是钢筋混凝土高层建筑结构的核心抗震部件，其主要震害现象为：底部墙体剪压破坏或压溃破坏，墙体发生平面外失稳，边缘构件纵筋屈曲和断裂，剪力墙洞口连梁出现x形裂缝，地震后连梁无法修复，剪力墙边缘构件修复困难，无法消除剪力墙残余变形等。因此，摒弃传统剪力墙的设计概念，发展具有墙体损伤小、修复时间短、修复经济成本低的“震后可快速恢复功能防震剪力墙”十分必要。

2、完全gfrp筋或cfrp筋混凝土剪力墙都具有较好的自复位能力，但其延性与耗能能力较差，墙体延性取决于剪力墙墙脚区受压混凝土的延性。frp混合配筋混凝土剪力墙的残余变形性能优良，但墙体破坏并不轻微，墙脚混凝土破坏严重，震后剪力墙可能难以实现功能的快速恢复。

3、国内外对带可更换墙脚混凝土剪力墙的研究较少，釆用的可更换墙脚构件种类不多。目前关于带可更换墙脚混凝土剪力墙的试验研究结果表明，可更换墙脚只参与了承载与耗能过程，该类剪力墙可能会出现墙内纵筋屈服、可更换墙脚内侧混凝土压溃、可更换墙脚上部混凝土出现拉裂等破坏特征，且现有带可更换墙脚混凝土剪力墙的震后整体残余位移偏大。

4、连梁作为联肢剪力墙结构体系的第一道抗震防线，承担着耗散地震能量的重要任务。然而普通的钢筋混凝土连梁在地震作用下极易发生脆性剪切破坏，连梁耗能能力极大降低，有甚者还会引起墙肢的破坏。可更换混凝土连梁作为一种新式连梁耗能构件，不仅能极大地增加连梁的耗能能力，还能大幅度提高联肢剪力墙结构体系的震后可恢复性。

5、将耗能部件引入连梁会增大连梁在地震作用下的变形，并影响到连梁上方的楼板。现阶段针对可更换连梁的诸多研究中较少考虑可更换连梁对楼板造成的破坏。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提出了一种带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙结构，其主要构造特征是：采用消能工字钢梁段的可更换混凝土连梁，将楼板与连梁之间做无连接处理，以降低楼板与连梁的联系；可更换的新型摩擦耗能器代替剪力墙墙脚易破坏的钢筋混凝土区域，摩擦耗能器通过预埋连接件实现与剪力墙之间的连接；在墙体底部区域内置钢桁架，防止预埋件附近局部应力集中而导致非更换部分破坏，同时弥补了结构因可更换区域削弱而减小的侧移刚度与抗剪能力；墙体纵向受力筋有三种形式可供选择，即：墙肢gfrp筋-暗柱cfrp筋，墙肢中部gfrp-墙肢中部两侧cfrp筋-暗柱钢筋，墙肢中部gfrp-墙肢中部两侧cfrp筋-暗柱cfrp筋。

2、本发明的技术方案为：一种带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，包括墙肢、可更换连梁、可更换墙脚、楼板；

3、所述墙肢的配筋包括纵向受力筋、水平受力筋；所述纵向受力筋包括墙身纵向分布筋、暗柱纵向受力筋；所述水平受力筋包括墙身水平分布筋、暗柱箍筋；

4、所述纵向受力筋采用三种混合配筋形式，暗柱纵向受力筋使用cfrp筋、墙身纵向分布筋使用gfrp筋，或暗柱纵向受力筋使用钢筋、墙身两侧纵向分布筋使用cfrp筋、墙身中部纵向分布筋使用gfrp筋，或暗柱纵向受力筋使用cfrp筋、墙身两侧纵向分布筋使用cfrp筋、墙身中部纵向分布筋使用gfrp筋；这种配筋方式有利于frp筋高强抗拉性能的充分发挥；

5、所述可更换连梁包括连梁两端非更换段、连梁中间可更换段；连梁两端非更换段为混凝土连梁段，连梁中间可更换段为消能工字钢梁段；连梁两端非更换段与连梁中间可更换段之间采用端板通过高强螺栓和抗剪键连接；连梁上部楼板与连梁间设有缝隙，做无连接处理，以降低楼板的损伤；

6、所述可更换墙脚下部设有预埋钢板；

7、所述可更换墙脚设置新型摩擦耗能器，所述新型摩擦耗能器包括滑动副板、滑动主板、连接板、上支座板、下支座板、摩擦片、钢管混凝土；滑动主板开有竖向长孔，滑动副板开有螺栓孔，滑动主板与滑动副板、钢管混凝土间通过高强螺栓连接；滑动主板与上支座板焊接；滑动副板、连接板与钢管混凝土通过高强螺栓连接；连接板、钢管混凝土与下支座板焊接；上支座板预埋在剪力墙内，下支座板与可更换墙脚下部预埋钢板通过高强螺栓连接；滑动主板与滑动副板间、滑动主板与钢管混凝土间放置有摩擦片；

8、所述墙脚摩擦耗能器利用滑动主板与摩擦片间的摩擦力受拉，利用钢管混凝土以及摩擦力受压；

9、所述墙肢底部内置钢桁架，内置钢桁架置于墙身中部位置，高度高于可更换区域高度；内置钢桁架左右两侧竖杆与可更换墙脚处的新型摩擦耗能器上支座板焊接；

10、这种带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，利用高强筋材cfrp、gfrp提供自复位能力，利用工字钢梁段及摩擦耗能器耗能，墙体底部区域增设的内置钢桁架既防止非更换部分破坏，同时弥补了结构因可更换区域削弱而减小的侧移刚度与抗剪能力。由于frp筋材在地震时始终处于弹性阶段，墙体整体残余性能好，剪力墙的损伤与耗能将集中于工字钢梁段和摩擦耗能器。

技术特征：

1.一种带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，包括墙肢、可更换连梁、可更换墙脚、楼板、下约束梁。

2.根据权利要求1所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述可更换墙脚下部设置有预埋钢板。

3.根据权利要求1所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述可更换连梁包括两端非更换混凝土连梁段、中间可更换消能工字钢梁段，所述中间可更换消能工字钢梁段的翼缘和腹板采用低屈服钢。

4.根据权利要求1所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述可更换连梁与楼板间设有缝隙，做无连接处理。

5.根据权利要求1所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述可更换墙脚设置新型摩擦耗能器，所述新型摩擦耗能器包括滑动副板、滑动主板、连接板、上支座板、下支座板、摩擦片、钢管混凝土。

6.根据权利要求5所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述新型摩擦耗能器的滑动主板开有竖向长孔，滑动主板与滑动副板、钢管混凝土通过高强螺栓连接；所述滑动副板、连接板与钢管混凝土通过高强螺栓连接；所述滑动主板与上支座板焊接，连接板、钢管混凝土与下支座板焊接；所述上支座板预埋在剪力墙内，下支座板与可更换墙脚下部预埋钢板通过高强螺栓连接；所述滑动主板与滑动副板间、滑动主板与钢管混凝土间放置有摩擦片；所述钢管混凝土开设螺栓孔径大于高强螺栓螺杆外径，使得钢管混凝土与高强螺栓螺杆无接触。

7.根据权利要求5所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述新型摩擦耗能器通过滑动主板与摩擦片间的摩擦力受拉，利用钢管混凝土以及摩擦力受压。

8.根据权利要求1所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述墙肢底部内置钢桁架，内置钢桁架置于墙身中部位置，高度高于可更换区域高度，钢桁架左右两侧竖杆与可更换墙脚处的新型摩擦耗能器上支座板焊接。

9.根据权利要求1所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述墙肢的配筋包括墙肢纵向受力筋、墙肢水平受力筋；所述墙肢纵向受力筋包括墙身纵向分布筋、暗柱纵向受力筋；所述墙肢水平受力筋包括墙身水平分布筋、暗柱箍筋。

10.根据权利要求9所述的带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能frp混合配筋联肢剪力墙，其特征在于，所述墙肢纵向受力筋采用三种混合配筋形式，即暗柱纵向受力筋使用cfrp筋、墙身纵向分布筋使用gfrp筋，或暗柱纵向受力筋使用钢筋、墙身两侧纵向分布筋使用cfrp筋、墙身中部纵向分布筋使用gfrp筋，或暗柱纵向受力筋使用cfrp筋、墙身两侧纵向分布筋使用cfrp筋、墙身中部纵向分布筋使用gfrp筋。

技术总结
一种带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的可恢复功能FRP混合配筋联肢剪力墙结构，包括墙肢、可更换连梁、可更换墙脚、楼板、下约束梁。该剪力墙可更换连梁包括两端非更换混凝土连梁段、中间可更换消能工字钢梁段；连梁上部楼板与连梁间设有缝隙，做无连接处理；可更换墙脚设置新型摩擦耗能器，新型摩擦耗能器通过摩擦力抗拉，通过钢管混凝土及摩擦力抗压；剪力墙墙肢底部增设内置钢桁架；墙体纵向受力筋采用具有强度梯度的FRP混合配筋形式。这种新型剪力墙结构体系损伤与耗能主要集中在可更换连梁及可更换墙脚，楼板与连梁间的无粘结处理减少楼板的损伤，内置钢桁架改善了墙体可更换区域的抗剪能力，FRP筋始终处于弹性阶段保证了墙体的自复位性能。这种带可更换墙脚构件和可更换连梁构件的FRP混合配筋联肢剪力墙具有承载、耗能、自复位性能均优的特点。

技术研发人员：汪梦甫,肖诗颖
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15