專利名稱：一種小跨高比交叉式對角斜筋連梁的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種小跨高比連梁，具體為一種高延性纖維混凝土小跨高比交叉式對角斜筋連梁。
背景技術：
在剪力墻結(jié)構和框架-剪力墻結(jié)構中，兩端與剪力墻相連且跨高比(連梁凈跨與梁高的比值)小于5、連接墻肢與墻肢的梁稱為連梁。在風荷載和地震荷載作用下，墻肢產(chǎn)生彎曲變形，使連梁產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，從而使連梁產(chǎn)生內(nèi)力。同時連梁端部的彎矩、剪力和軸力又反過來減少了墻肢的內(nèi)力和變形，對墻肢起到了一定的約束作用，改善了墻肢的受力狀態(tài)。連梁是主要經(jīng)歷塑性變形并耗散地震能量的構件，連梁的剛度、強度和變形性能對聯(lián)肢剪力墻結(jié)構的抗震性能有很大的影響。通過對連梁合理的設計，可以提高聯(lián)肢剪力墻結(jié)構的利用率和經(jīng)濟效益。當剪力墻連梁跨高比偏大(>2.5)時，其端部塑性鉸區(qū)在正、負彎矩交替作用下的抗震性能與一般框架梁端塑性鉸區(qū)相似，其抗震設計方法和構造措施均較為成 熟，按現(xiàn)行設計方法可以保證連梁發(fā)生延性破壞，既梁端首先形成塑性絞，結(jié)構剛度降低，變形加大，可以吸收大量的地震能量，同時通過塑性鉸仍能繼續(xù)傳遞彎矩和剪力，對墻肢起到一定的約束作用，使剪力墻保持足夠的剛度和強度，起到對減少墻肢內(nèi)力，延緩墻肢屈服有著重要的作用。根據(jù)建筑需求及結(jié)構剛度要求，在剪力墻結(jié)構和框架-剪力墻結(jié)構中，多采用跨高比小于2. 5的小跨高比連梁，此類連梁屬于反彎點在跨中的反對稱彎曲深梁，剪彎比較大，難以避免在達到所需延性之前過早發(fā)生脆性破壞。連梁在發(fā)生脆性破壞時就會迅速喪失其承載力，在沿墻全高所有連梁均發(fā)生剪切破壞時，各墻肢喪失了連梁對它的約束作用，將成為單片的獨立墻，導致結(jié)構的側(cè)向剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，并且進一步增加P-Λ效應(豎向荷載由于水平位移而產(chǎn)生的附加彎矩)，并最終可能導致結(jié)構的倒塌。小跨高比連梁由于跨高比較小，名義剪壓比較大，屬于兩端剛接，反彎點在跨中的反對稱彎曲深梁，其受力和變形性能與跨高比較大的細長梁或簡支深梁都有很大的差別，在抗震聯(lián)肢墻中常規(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(cè)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(jié)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(cè)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(jié)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I. 5)，其延性不再滿足結(jié)構抗震要求，需進一步增加箍筋的配置數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)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小跨高比連梁。為此，本發(fā)明提供的小跨高比交叉對角斜筋連梁與常規(guī)的小跨高比連梁相比其特征在于縱筋間設置有交叉式對角斜筋，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. 24Asdfsdsin 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. 683fc0·174 ；Asd為單向?qū)切苯蠲娣e；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(zhì)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I. 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 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。本發(fā)明提供的小跨高比交叉式對角斜筋連梁具有以下特點(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的填充材料，可減小連梁的自重，并且高延性纖維混凝土具有良好的塑性變形能力，連梁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(jié)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(jié)構示意圖；圖2為交叉暗柱式配筋連梁的結(jié)構示意圖；圖3為本發(fā)明的小跨高比交叉對角斜筋連梁的結(jié)構示意圖；圖4為圖3的A-A剖視圖；圖5為為非線性力-位移理論模型計算簡圖；圖6為R/C試件和R/FRC試件的尺寸與配筋示意圖7 (a)為R/C試件的破壞形態(tài)示意圖；圖7 (b)為R/FRC試件的破壞形態(tài)示意圖；圖8 (a)為R/C試件的滯回曲線圖；圖8 (b )為R/FRC試件的滯回曲線圖；圖9為試件CB-I與試件CB-2的荷載-位移骨架曲線圖。
具體實施例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(diào)變形能力，鋼筋的粘結(jié)滑移變形較小?，F(xiàn)有技術表明，每生產(chǎn)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°/Γ70%)，減少了有害氣體的排放。延性高性能混凝土經(jīng)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(jié)合高延性纖維混凝土結(jié)構上的優(yōu)點，同時考慮了連梁中鋼筋的配置方式，而對現(xiàn)有的小跨高比連梁構造進行改進所得到的技術方案。參考圖3和圖4，本發(fā)明的小跨高比交叉式對角斜筋連梁包括縱筋2、設置在縱筋2外側(cè)的箍筋3和設置在縱筋2間的交叉式對角斜筋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(zhì)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(zhì)量的O. 8%。本發(fā)明的連梁可為預制的連梁，其縱筋2和對角斜筋4在墻肢I澆筑時應伸入剪力墻墻肢，伸入長度由鋼筋直徑?jīng)Q定，連梁埋入剪力墻墻肢I的長度a取為墻肢厚度和梁高的1/4的較大值。本發(fā)明提供的小跨高比交叉式對角斜筋連梁的配筋方法為首先根據(jù)結(jié)構設計要求確定連梁構件尺寸，包括連梁長I、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(jié)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 彡 O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsdsin 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. 683fc°-174 ；Asd為單側(cè)對角斜筋面積；fsd為對角斜筋屈服強度；α為對角斜筋與梁縱軸的夾角，a = arctan (ln/h)。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5，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' co ' c (式 3)，T = AsdOsd +AcOc (式 4)，(式3)中A' sd為單向(同一傾斜方向)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
, a. sin aK =---(式 10)(式7)中由高延性纖維混凝土抗拉承擔的剪力值Vt可表達為
Vt = ktftbh0 (式 11)(式11)中，kt為高延性纖維混凝土抗拉強度抗剪影響系數(shù)；根據(jù)(式4)，Vt又可表達為Vt = asXbX σ csin α (式 12)則
權利要求
1.一種小跨高比交叉式對角斜筋連梁，包括縱筋、設置在縱筋上的箍筋和填充材料，其特征在于，所述縱筋間設置有交叉式對角斜筋，所述填充材料為高延性纖維混凝土。
2.如權利要求I所述的小跨高比交叉式對角斜筋連梁，其特征在于，所述對角斜筋的配置應滿足下述條件Vwb≤ O. 14fcbh0+l. 3ftbh0+0. 24Asdfsdsin 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為單向?qū)切苯蠲娣e； fsd為對角斜筋的屈服強度； 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所述的小跨高比交叉式對角斜筋連梁，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(zhì)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I. 5%。
4.如權利要求3所述的小跨高比交叉式對角斜筋連梁，其特征在于，所述水泥為P. O. 52. 5R娃酸鹽水泥；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%、比表面積大于15000m2/kg ;所述砂的最大粒徑為I. 26mm ;所述PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MP以上、彈性模量為30GPa以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小跨高比交叉式對角斜筋連梁。該連梁包括縱筋、設置在縱筋外側(cè)的箍筋和設置在縱筋間的交叉式對角斜筋以及填充材料高延性纖維混凝土。該連梁相較于普通混凝土對角斜筋連梁，由于采用高延性纖維混凝土為基體材料，從而提高了連梁的抗剪承載力和延性，并降低了結(jié)構自重；同時該連梁中對角斜筋無需設置箍筋，減小了鋼筋用量，避免了由于鋼筋擁擠導致的施工困難。
文檔編號E04C5/02GK102888945SQ20121043431
公開日2013年1月23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, 鄧明科, 車佳玲, 李方圓, 孫宏哲, 黨爭, 王英俊 申請人:西安建筑科技大學