专利名称：一种高延性联肢剪力墙的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种剪力墙，具体为一种以高延性纤维混凝土为填充材料和以小跨高比交叉式对角斜筋连梁为连梁的高延性联肢剪力墙。
背景技术：
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙，是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。由于结构使用功能的要求，剪力墙有时需要开设门窗洞口。根据洞口的有无、大小、形状和位置等，剪力墙可分为整截面墙、整体小开口墙、联肢墙和壁式框架。当剪力墙无洞口，或虽然有洞口，但可忽略洞口的影响，这类墙称为整截面墙；当剪力墙的洞口稍大，但洞口对剪力墙的受力影响仍较小，这类墙称为整体小开口墙；当剪力墙沿竖向开有一列或多列较大洞 口，其截面变形已不再符合平截面假定的剪力墙，可被看作是由墙肢和一系列连梁联接组成的，其水平力由各墙肢抗弯和墙肢轴力组成的力偶共同抵抗，这类墙称为联肢剪力墙；当剪力墙成列布置的洞口很大，且洞口较宽、墙肢宽度相对较小，连梁的刚度接近或大于墙肢的刚度时，剪力墙的受力性能与框架结构类似，这类剪力墙称为壁式框架。现有的联肢剪力墙的设计存在以下问题1)由于联肢剪力墙中连梁跨度不大，但为了满足连梁有足够的刚度以保证联肢剪力墙的整体性，使剪力墙在水平荷载作用下侧移不致过大，连梁的截面高度又不能过小，因此连梁的跨高比一般都较小(小于2. 5)，在抗震联剪力墙中常规小跨高比连梁(如图I所示，常规小跨高比连梁包括纵筋2和设置在纵筋2外侧的箍筋3以及普通混凝土填充材料)已无法避免其自身过早发生剪切破坏，从而无法满足结构对其抗震性能的要求。为了提高小跨高比连梁的抗震性能，现有技术中主要从连梁的配筋方案、截面形式和基体材料三个角度对其进行改进。在配筋方案和截面形式改进上，主要有交叉暗柱式配筋连梁、菱形配筋连梁、双连梁和钢纤维连梁等。其中，交叉暗柱式配筋连梁(如附图2所示，交叉暗柱式配筋连梁包括纵筋2、设置在纵筋2外侧的箍筋3和设置在纵筋2之间的交叉暗柱6以及设置在交叉暗柱上的暗柱箍筋7)可以满足整体结构对小跨高比连梁抗震性能的要求，具有较优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，导致此类连梁用钢量大、钢筋拥挤造成施工困难。另外，ZL201120109680. 2公开的高延性混凝土连梁以普通框架梁的构造为基础，基体材料采用高延性混凝土，在一定程度上提高了小跨高比连梁的延性和耗能能力；但当跨高比过小时(小于2. 5)，其延性不再满足结构抗震要求，需进一步增加箍筋的配置。2)联肢剪力墙墙肢的弹塑性性能，如刚度、强度、延性和能量耗散等，主要取决于其塑性铰区(墙肢底部)。而由于混凝土的脆性破坏机理和变形模式，在设计中很难保证剪力墙塑性铰区的抗震抗剪能力，如边缘构件混凝土压碎、剪力引起的斜拉和斜压破坏、沿施工缝处的滑移剪切破坏、受力钢筋屈曲等
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于施工、延性高和抗震性能好的联肢剪力墙。为此，本发明提供的联肢剪力墙与常规的联肢剪力墙相比其特征在于本发明的联肢剪力墙的连梁为预制的交叉式对角斜筋连梁，并且其塑性铰区的填充材料为高延性纤维混凝土 ；所述的交叉式对角斜筋连梁与常规的常规小跨高比连梁相比其特点在于，其对角纵筋间设置有对角斜筋，并且其填充材料为高延性纤维混凝土。上述对角斜筋的配置应满足下述条件Vwb 彡 O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsd sin α (式 I)(式I)中Vwb为连梁斜截面抗剪承载力；
b为连梁截面宽度；h0为连梁截面有效高度；fc为高延性纤维混凝土抗压强度；ft为高延性纤维混凝土轴心抗拉强度，ft = 3. 683fc°-174 ；Asd为单向对角斜筋面积；fsd为对角斜筋屈服强度；α为对角斜筋与连梁纵轴的夹角，a = arctan(ln/h)，In为连梁净跨。上述高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，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、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5%。上述水泥为P. O. 52. 5R硅酸盐水泥；上述粉煤灰为I级粉煤灰；上述硅灰的烧失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面积大于15000m2/kg ;上述砂的最大粒径为
I.26mm ;上述PVA纤维的长度为6 12_、直径为26 μ m以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上。本发明提供的联肢剪力墙具有以下特点(I)抗剪箍筋用量少，节约钢材，降低施工难度。(2)以高延性纤维混凝土作为连梁和墙体塑性铰区的填充材料，可减小墙体整体的自重，并且高延性纤维混凝土具有良好的塑性变形能力，结构破坏时保护层混凝土不会剥落，可减少甚至免去强震后的修复费用。
以下结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。图I为常规小跨高比连梁的结构示意图；图2为交叉暗柱式配筋连梁的结构示意图；图3为本发明的高延性联肢剪力墙的结构示意图；图4为本发明的交叉式对角斜筋连梁的结构示意图；图5为图4的A-A剖视图；图6为非线性力-位移理论模型计算简图；图7为R/C试件和R/FRC试件的尺寸与配筋示意图；图8 (a)为R/C试件的破坏形态示意图8 (b)为R/FRC试件的破坏形态示意图；图9 (a)为R/C试件的滞回曲线图；图9 (b )为R/FRC试件的滞回曲线图；
图10为试件CB-I与试件CB-2的荷载-位移骨架曲线图。
具体实施方式
高延性纤维混凝土是一种在水泥基体中加入随机分布短纤维，并通过界面设计的水泥基复合材料，纤维类型包括钢钎维、碳纤维、聚合物纤维等。其具有很大的吸收能量的能力，与普通纤维混凝土最大的区别是仅添加2%左右的纤维，其单轴拉伸应变可达到3%，且拉伸时出现准应变硬化现象。延性高性能混凝土与钢筋之间有很好的协调变形能力，钢筋的粘结滑移变形较小。现有技术表明，每生产I吨水泥熟料约排放I吨CO2等有害气体，延性高性能混凝土利用工业废料(粉煤灰)取代部分水泥熟料(约50% 70%)，减少了有害气体的排放。延性高性能混凝土经界面设计，不含粗骨料，可缓解我国天然骨料资源趋于枯竭的现状。本发明是结合高延性纤维混凝土结构上的优点，同时考虑了连梁中钢筋的配置方式以及联肢剪力墙中的塑性铰区的结构要求，而对现有的联肢剪力墙的构造进行改进所得到的技术方案。参考图3至图5，本发明的联肢剪力墙包括墙肢I和设置在墙肢I间的连梁8，墙肢I的底部设置有塑性铰区9 ;所述连梁8为预制的交叉式对角斜筋连梁，所述塑性铰区9的填充材料为高延性纤维混凝土(FRC);所述交叉式对角斜筋连梁包括纵筋2、设置在纵筋2外侧的箍筋3和设置在对角纵筋2间的对角斜筋4以及填充材料高延性纤维混凝土(FRC) 5。所用的高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，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、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5%。优选后的各种材料为水泥为P. O. 52. 5R硅酸盐水泥；上述粉煤灰为I级粉煤灰；上述硅灰的烧失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面积大于15000m2/kg ;上述砂的最大粒径为I. 26mm ;上述PVA纤维的长度为6 12mm、直径为26 μ m以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上。并且高延性纤维混凝土中可添加有减水率在30%以上的聚羧酸减水剂，减水剂的添加量为粉煤灰、硅灰和水泥总质量的O. 8%。上述预制交叉式对角斜筋连梁的纵筋2和对角斜筋4在墙肢浇筑时应伸入剪力墙墙肢，伸入长度由钢筋直径决定，连梁埋入剪力墙墙肢I的长度a为墙肢厚度和梁高的1/4的较大值。上述交叉式对角斜筋连梁的配筋方法为首先根据结构设计要求确定连梁构件尺寸，包括连梁长/、连梁截面宽度b和连梁截面有效高度；接着根据混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)要求配置连梁纵向钢筋和箍筋；然后按照(式I)的要求配置对角斜筋，其中连梁斜截面抗剪承载力Vwb应满足(式I)要求
Vwb ( O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsd sin α(式 I)(式I)中fc为高延性纤维混凝土抗压强度；ft为高延性纤维混凝土轴心抗拉强度，ft = 3. 683fc0·174 ；Asd为单向对角斜筋面积；fsd为对角斜筋屈服强度；α为对角斜筋与连梁纵轴的夹角，a = arctan(ln/h)，In为连梁净跨。以下是发明人提供的关于上述(式I)的推导过程
根据压杆一拉杆理论推导，参考图6，该推导过程仅考虑对角斜筋和FRC的抗剪作用。根据力的平衡原理，可得梁端剪力Vwb为Vwb = (T+C) · sin α(式 2)(式2)中，α为对角斜筋与梁纵轴的夹角，C为压杆合力，T为拉杆合力，并且C = A' sdo' si+k' ' c(式 3)T = Asdosd+Acoc(式 4)(式3)中A' 3(1为单向受压对角斜筋的总面积(压杆)，Asd为单向受拉对角斜筋的总面积(拉杆)，对称配筋时，A' sd = Asd ；AJ为高延性纤维混凝土压杆截面面积(压杆)，A。为高延性纤维混凝土拉杆截面面积(拉杆)，假设A。' =AC；Oj为高延性纤维混凝土的拉应力，。。为高延性纤维混凝土的压应力，。'“为对角斜筋拉应力。高延性纤维混凝土对角压杆的面积AcZ定义为Ac1 = asXbs(式 5)(式5)中as为高延性纤维混凝土斜压杆截面高度，bs为高延性纤维混凝土斜压杆截面宽度，当沿连梁截面宽度方向仅配置单层对角斜筋时，bs取连梁截面宽度。根据对角斜筋连梁的破坏机理，假设as = 2x(式 6)(式6)中x为单向(同一倾斜方向)对角斜筋轴线间的垂直距离。高延性纤维混凝土交叉式对角斜筋连梁斜截面抗剪承载力Vwb可认为由高延性纤维混凝土压力、高延性纤维混凝土拉力和对角斜筋三部分共同承担，即Vwb = WVsd(式 7)(式7)中由高延性纤维混凝土抗压承担的剪力值V。可表达为Vc = kcfcbh0(式 8)(式8)中，k。为高延性纤维混凝土抗压强度抗剪影响系数。根据(式3 )，Vc又可表达为Vc = asXbsX σ ^ X sin α(式 9)令(式8)与(式9)相等，可得
权利要求
1.一种高延性联肢剪力墙，包括墙肢和设置在墙肢间的连梁，所述墙肢的底部设有塑性铰区，其特征在于，所述连梁为预制的交叉式对角斜筋连梁，该交叉式对角斜筋连梁包括纵筋、设置在纵筋上的箍筋和设置在纵筋间的交叉式对角斜筋以及连梁的填充材料，且连梁的填充材料为高延性纤维混凝土；所述塑性铰区的填充材料为高延性纤维混凝土。
2.如权利要求I所述的高延性联肢剪力墙，其特征在于，所述对角斜筋的配置应满足下述条件Vwb 彡 O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsd sin α(式 I) (式I)中 Vwb为连梁斜截面抗剪承载力； b为连梁截面宽度； h0为连梁截面有效高度； fc为高延性纤维混凝土抗压强度； ft为高延性纤维混凝土轴心抗拉强度，ft = 3. 683fc0174 ； Asd为单侧对角斜筋面积； fsd为对角斜筋屈服强度； α为对角斜筋与连梁纵轴的夹角，a = arctan(ln/h)，In为连梁净跨。
3.如权利要求I所述的高延性联肢剪力墙，其特征在于，所述高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按质量百分比计，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、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5%。
4.如权利要求3所述的高延性联肢剪力墙，其特征在于，所述水泥为P.O. 52. 5R硅酸盐水泥；所述粉煤灰为I级粉煤灰；所述娃灰的烧失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、t匕表面积大于15000m2/kg ;所述砂的最大粒径为I. 26mm ;上述PVA纤维的长度为6 12mm、直径为26 μ m以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上。
全文摘要
本发明公开了一种高延性联肢剪力墙。该联肢剪力墙与常规的联肢剪力墙相比其特征在于本发明的联肢剪力墙的连梁为预制的交叉式对角斜筋连梁，并且其塑性铰区的填充材料为高延性纤维混凝土；所述的交叉式对角斜筋连梁与常规的常规小跨高比连梁相比其特点为，连梁中设置有对角斜筋，对角斜筋无拉结筋，并且其填充材料为高延性纤维混凝土。该联肢剪力墙中的连梁基体采用高延性纤维混凝土，对角斜筋不用配置拉结筋，在保证连梁抗震性能的前提下减少了钢筋用量，降低了由于钢筋拥挤造成的施工困难，并且连梁采用预制，缩短了联肢剪力墙施工工期；剪力墙墙肢塑性铰区基体材料和连梁基体材料采用高延性纤维混凝土，可充分保证联肢剪力墙的整体抗震性能。
文档编号E04B2/56GK102912895SQ201210435018
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月4日 优先权日2012年11月4日
发明者梁兴文, 车佳玲, 邓明科, 李方圆, 史金田, 孙云飞 申请人:西安建筑科技大学