钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑工程及桥梁工程领域，具体涉及钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造。
【背景技术】
[0002]我国地处欧亚地震带和环太平洋地震带交界处，地震灾害时有发生，地震带来的灾害以及损失难以估量。在强震区进行桥梁和建筑结构设计时，必须考虑抗震设计，提高建筑及桥梁结构的抗震能力，以减轻地震带来的结构破坏和人员伤亡及财产损失。目前，我国及国外广泛采用的钢筋混凝土结构抗震设计大都采用延性抗震设计方法。延性抗震设计方法是允许在强震作用下，钢筋混凝土结构构件局部塑性铰区发生损伤破坏，但同时保证塑性铰区具有足够的延性性能。这样，在水平往复强震作用下，钢筋混凝土结构能够发生较大的侧向位移同时能够保持较高的承载能力。基于延性抗震设计思想的钢筋混凝土构件震后塑性铰区将发生较大的塑性损伤以及震后永久塑性位移，不利于震后的维修和继续使用。目前最常用的做法是提高钢筋混凝土构件塑性铰区的箍筋配筋率，适当减小塑性铰区箍筋间距，以此提高钢筋混凝土的侧向承载能力和位移延性，此种做法在一定程度上能够约束塑性铰区纵向钢筋的屈曲。但从钢筋混凝土构件的强震后现场调查和试验研究中可以看至IJ，尽管钢筋混凝土构件塑性铰区采用箍筋加密的形式，大量钢筋混凝土构件的塑性铰区仍出现明显的纵向钢筋屈曲现象，进而造成了较大的结构塑性永久位移甚至严重倒塌。此种现象主要是因为特别是在较大轴压的情况下，钢筋混凝土构件往复变形过程中，塑性铰区纵向钢筋的侧向屈曲变形较大，纵向钢筋侧向屈曲位置处的横向箍筋会发生塑性伸长，相当于增加了箍筋间距，从而难以为塑性铰区纵向钢筋侧向屈曲提供足够的约束，同样会造成钢筋混凝土纵向钢筋的侧向屈曲。
[0003]目前，基于屈曲约束概念的构件和装置主要是称为防屈曲支撑和屈曲约束支撑，如专利CN103726584B和专利CN103469923B等涉及的防屈曲支撑或屈曲约束支撑，这些专利涉及的都作为相对独立的结构构件，用在结构中提高结构的抗侧力。本发明基于屈曲约束的概念，首次提出在钢筋混凝土构件塑性铰区的纵向钢筋实施屈曲约束构造，防止在往复加载作用下特别是在轴压较大的情况下钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋过早地产生侧向屈曲。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋的屈曲约束构造，适用于建筑结构及桥梁结构的钢筋混凝土构件塑性铰区，约束纵向钢筋发生侧向屈曲，提高侧向往复加载作用下钢筋混凝土构件的延性性能。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]本发明涉及一种钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造，其包括普通纵向钢筋(I)、约束套管(2)、密封胶(3)、固定螺钉(4)、环状泡沫材料(5)、间隙(6)、固定套环(7)。
[0007]该屈曲约束构造由于约束套管(2)材料不同分为中间约束和端部约束两种结构；中间约束的结构中，金属材料的约束套管(2)的中部使用固定螺钉(4)固定连接普通纵向钢筋(I)和约束套管(2);普通纵向钢筋(1)、约束套管(2)之间设有间隙(6);约束套管(2)的两端设有环状泡沫材料(5);普通纵向钢筋(I)和约束套管(2)的端部设有密封胶(3);
[0008]端部约束的结构中，纤维增强复合材料的约束套管(2)的两端使用固定螺钉(4)固定连接普通纵向钢筋(I)和固定套环(7);
[0009]所述金属材料的约束套管(2)和约束套环(7)的中部预设有与固定螺钉(4)配合的螺孔。
[0010]普通纵向钢筋(I)为钢筋混凝土构件中的纵向受力钢筋，用于钢筋混凝土构件的竖向承压以及为侧向变形时提供抗侧力和耗能能力。确定普通纵向钢筋(I)后，根据具体情况确定约束套管(2)的内径、壁厚、长度和环状泡沫材料(5)的厚度。
[0011]约束套管(2)为内径大于普通纵向钢筋(I)外径的金属套管或纤维增强复合材料套管，其作用是为普通纵向钢筋(I)提供侧向约束以防止普通纵向钢筋(I)的侧向屈曲。约束套管(2)内径与普通纵向钢筋(I)保持轴线一致，约束套管(2)内壁与普通纵向钢筋(I)夕卜壁之间设置间隙，约束套管(2)的壁厚根据受约束的普通纵向钢筋(I)直径、强度和长径比进行确定，长度一般定为钢筋混凝土构件塑性铰区长度。在纤维增强复合材料约束套管(2)上下两端粘贴一定长度的环状泡沫(5)，在上下环状泡沫(5)外侧分别设置固定套环(7)，用于防止施工过程中纵向钢筋(I)和环状泡沫(5)的滑移。
[0012]密封胶(3)的作用在于防止钢筋混凝土构件的混凝土浇筑施工过程中水或砂浆流入约束套管(2 )，影响约束套管(2)发挥作用。
[0013]本发明可以获得如下有益效果:
[0014]使用本发明的钢筋混凝土构件在地震荷载等偶然荷载水平往复作用下，钢筋混凝土构件塑性铰区的受力纵向钢筋(I)既能保持纵向受力钢筋本身的传力性能，同时外部约束套管(2)约束纵向钢筋(I)的侧向屈曲，从而提高承载构件的延性性能，进而提高整体结构的抗震能力。
【附图说明】
[0015]图1为配有纵向钢筋屈曲约束构造的桥墩构造图及屈曲约束构造细部图。
[0016]图2为金属约束套管的屈曲约束细部图。
[0017]图3为配有纤维增强复合材料约束套管的屈曲约束构造细部图。
[0018]图中:I一普通纵向钢筋；2—约束套管；3—密封胶;4一固定螺钉;5—环状泡沫材料;6—间隙;7—固定套环。
【具体实施方式】
[0019]结合附图对本发明实施作具体描述:
[0020]图1给出在墩柱中应用的纵向钢筋屈曲约束构造及安装部位。图2和图3提供了屈曲约束纵筋的细部构造。
[0021]施工时，按照正常设计配筋，在塑性铰区安装约束套管(2)，安装时，保持普通纵向钢筋(I)与约束套管(2)的内径轴向一致;对于金属约束套管，旋紧约束套管(2)中部的固定螺钉(4)使其与普通纵向钢筋(I)固定;对于纤维增强复合材料约束套管，采用环状泡沫材料(5)外侧的固定套环(7)和固定螺钉(4)固定约束套管(2)的位置。使用密封胶(3)对约束套管(2)端部进行可靠密封，避免施工和正常使用过程中水或者砂浆流入普通纵向钢筋(I)与约束套管(2)之间的间隙(6)，环状泡沫材料(5)的尺寸依据塑性铰区普通纵向钢筋压缩变形量进行确定。套管约束(2)、固定套环(7)、环状泡沫材料(5)屈曲约束构造安装完毕后饶筑混凝土。
[0022]纵向钢筋屈曲约束构造可用作建筑、桥梁、渡槽等建构筑物梁、柱的钢筋混凝土塑性铰区，提高钢筋混凝土构件及结构的抗震能力和延性性能。
【主权项】
1.钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造，其特征在于:该构造包括普通纵向钢筋(I)、约束套管(2)、密封胶(3)、固定螺钉(4)、环状泡沫材料(5)、间隙(6)、固定套环(7)； 该屈曲约束构造由于约束套管(2)材料的不同分为中间约束和端部约束两种结构；中间约束的结构中，金属材料的约束套管(2)的中部使用固定螺钉(4)固定连接普通纵向钢筋(I)和约束套管(2);普通纵向钢筋(1)、约束套管(2)之间设有间隙(6);约束套管(2)的两端设有环状泡沫材料(5);普通纵向钢筋(I)和约束套管(2)的端部设有密封胶(3); 端部约束的结构中，纤维增强复合材料的约束套管(2)的两端使用固定螺钉(4)固定连接普通纵向钢筋(I)和固定套环(7)。2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造，其特征在于:所述约束套管(2)及固定套环(7)的中部预设有与固定螺钉(4)配合的螺孔。3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造，其特征在于:约束套管(2)为内径大于普通纵向钢筋(I)外径的金属套管或纤维增强复合材料套管，其作用是为普通纵向钢筋(I)提供侧向约束以防止普通纵向钢筋(I)的侧向屈曲。4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造，其特征在于:约束套管(2)的壁厚根据受约束的普通纵向钢筋(I)直径、强度和长径比进行确定，约束套管(2)的长度为钢筋混凝土构件塑性铰区长度。
【专利摘要】本发明涉及钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋屈曲约束构造，属于建筑工程技术领域。本发明涉及钢筋混凝土构件塑性铰区纵向钢筋的屈曲约束构造，其包括普通纵向钢筋、约束套管、密封胶、固定螺钉、环状泡沫材料、间隙和固定套环。普通纵向钢筋为钢筋混凝土构件内起主要承载或传力作用的纵向钢筋。约束套管为内径大于普通纵向钢筋外径的金属套管或纤维增强复合材料套管，约束套管内壁与普通纵向钢筋外壁之间留有间隙。设置屈曲约束钢筋可以有效防止钢筋混凝土构件中塑性铰区普通纵向钢筋受压时不发生局部屈曲失效破坏，提高钢筋混凝土构件中纵向钢筋的屈服后承载能力和构件的延性性能，最终提高钢筋混凝土构件及结构的抗震性能。
【IPC分类】E04C5/16, E01D19/00, E04C5/18, E01D101/26, E04C5/20
【公开号】CN105587075
【申请号】CN201610113692
【发明人】贾俊峰, 曹艳辉, 张强, 杜修力, 韩强, 亓路宽
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年2月29日