一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构及其装配方法
阅读说明：本技术 一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构及其装配方法 (Vertical prestress assembly energy dissipation coupled wall structure and assembly method thereof ) 是由 何永福 蔡小宁 徐凌翔 徐震 马儒琛 陈诚 巩妮娜 杜良 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及建筑技术领域,具体公开了一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构及其装配方法,包括竖向节段预制墙肢总成、钢筋混凝土连梁、竖向无粘结预应力筋、预应力钢棒、连梁端部耗能连接接头总成以及竖向墙肢耗能连接接头,所述竖向节段预制墙肢总成包括底层竖向节段预制墙肢和若干加接层竖向节段预制墙肢,述竖向耗能墙肢耗能连接接头包括多个设置在墙肢前后侧面的第一耗能垫板以及设置在墙肢左右两端面的第二耗能垫板；本发明提联肢墙结构无需现场湿作业,属于干式连接,且震后利用竖向预应力筋的回弹作用使结构复位,残余变形很小,损伤集中在节点连接处,主要集中可更换的耗能元件上,震后修复简单快捷,可实现震后结构功能的迅速恢复。(The invention relates to the technical field of buildings, and particularly discloses a vertical prestress assembly energy-consumption coupled wall structure and an assembly method thereof, wherein the vertical prestress assembly energy-consumption coupled wall structure comprises a vertical segmental prefabricated wall limb assembly, a reinforced concrete coupling beam, vertical unbonded prestressed ribs, prestressed steel bars, a coupling beam end energy-consumption connecting joint assembly and a vertical wall limb energy-consumption connecting joint, the vertical segmental prefabricated wall limb assembly comprises a bottom vertical segmental prefabricated wall limb and a plurality of connecting layer vertical segmental prefabricated wall limbs, and the vertical energy-consumption wall limb energy-consumption connecting joint comprises a plurality of first energy-consumption base plates arranged on the front side and the rear side of the wall limb and second energy-consumption base plates arranged on the left end surface and the right end surface of the wall limb; the lifting coupling wall structure does not need on-site wet operation, belongs to dry connection, and utilizes the resilience effect of the vertical prestressed tendons to reset the structure after the earthquake, has small residual deformation, damages concentrated at the joint and mainly concentrated on replaceable energy dissipation elements, is simple and quick to repair after the earthquake, and can realize quick recovery of the structure function after the earthquake.)
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，具体公开了一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构及其装配方法。
背景技术
现浇结构和传统的装配整体式剪力墙结构这两种传统的剪力墙结构形式都需要现场湿作业，墙体及连梁配筋构造复杂，现场工程量大，施工质量难以保证。另外这两种剪力墙结构在大震作用下通过延性损伤耗散地震能量，震后结构的损伤以及结构的残余变形很大，修复成本较高或者无法修复，结构只能被推倒重建，造成巨大的浪费。
例如申请号为CN200610045465.4的发明专利就公开了一种组合剪力墙，钢筋混凝土墙体两侧设有钢管混凝土边柱，钢管混凝土边柱由体内浇注有混凝土的钢管构成，钢管与墙体内的水平钢筋焊接成一体。该发明公开的组合剪力墙虽然具有承载力高、受力合理、抗震性能好等特点，特别适用于钢一混凝土混合结构的高层建筑。但是其存在上述需要现场湿作业、工程量大，施工质量难以保证以及震后结构的损伤以及结构的残余变形很大，修复成本较高或者无法修复的不足。因此，针对现有现浇结构和传统的装配整体式剪力墙结构的上述不足，本申请提出了一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构，该结构上部结构除首层结构外无需现场湿作业，属于干式连接，节能环保，震后利用竖向预应力筋的回弹作用使结构复位，残余变形很小，损伤集中在节点连接处，主要集中可更换的耗能元件上，震后修复简单快捷，可实现震后结构功能的迅速恢复。
发明内容
本发明的目的是针对现有现浇结构和传统的装配整体式剪力墙结构上述需要现场湿作业、工程量大，施工质量难以保证以及震后结构的损伤以及结构的残余变形很大，修复成本较高或者无法修复的不足，本申请提出了一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构及其装配方法用以解决上述技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构，包括竖向节段预制墙肢总成、钢筋混凝土连梁、竖向无粘结预应力筋、预应力钢棒、连梁端部耗能连接接头总成以及竖向墙肢耗能连接接头；
其中，所述竖向节段预制墙肢总成包括底层竖向节段预制墙肢和若干加接层竖向节段预制墙肢，所述底层竖向节段预制墙肢和加接层竖向节段预制墙肢上均预留有一排竖向预应力筋孔洞，且一排竖向预应力筋孔洞沿墙肢宽度方向居中布置，所述底层竖向节段预制墙肢和加接层竖向节段预制墙肢的接缝处设置有超高性能混凝土砂浆垫层；
所述竖向无粘结预应力筋放置在每个竖向预应力筋孔洞内，所述竖向无粘结预应力筋的下端预埋锚固在基础上，上端锚固在最顶层的加接层竖向节段预制墙肢顶部；
所述竖向耗能墙肢耗能连接接头包括多个设置在墙肢前后侧面的第一耗能垫板以及设置在墙肢左右两端面的第二耗能垫板，多个所述第一耗能垫板沿墙肢宽度方向间隔布置，多个所述第一耗能垫板和第二耗能垫板均贯穿底层竖向节段预制墙肢和加接层竖向节段预制墙肢的接缝处设置，所述第一耗能垫板和第二耗能垫板在与接缝处对应的部位设置有削弱截面；
所述连梁端部耗能连接接头总成包括上部免屈曲T型耗能钢板、槽型钢盖板、下部角钢和下部T型摩擦板，所述上部免屈曲T型耗能钢板设置在槽型钢盖板的下方，且槽型钢盖板的一端与上部免屈曲T型耗能钢板之间通过螺栓相连接，另一端预埋在钢筋混凝土连梁的顶部且与钢筋混凝土连梁的上部纵筋相焊接，所述上部免屈曲T型耗能钢板的翼缘、第二耗能垫板以及加接层竖向节段预制墙肢通过水平设置的预应力钢棒相连接，所述下部T型摩擦板的翼缘预埋在钢筋混凝土连梁的下表面且与混凝土连梁的下部纵筋相焊接，所述下部T型摩擦板的腹板开有两条平行的弧形摩擦孔洞，两个所述下部角钢呈前后对称设置，所述T型摩擦板的腹板设置在两个下部角钢之间且通过螺栓将T型摩擦板与两个下部角钢相连接，两个所述下部角钢、第二耗能垫板以及底层竖向节段预制墙肢也通过水平设置的预应力钢棒相连接。
作为上述方案的进一步设置，所述底层竖向节段预制墙肢的底部五分之一面积处设置有超高性能混凝土层，且所述超高性能混凝土层的强度不低于120MPa。
作为上述方案的进一步设置，所述底层竖向节段预制墙肢和加接层竖向节段预制墙肢接缝处的超高性能混凝土砂浆垫层厚度为10-20mm。
作为上述方案的进一步设置，所述第一耗能垫板和第二耗能垫板的削弱截面为向内凹陷的圆弧口。
作为上述方案的进一步设置，所述T型耗能钢板的耗能段上开有大量孔洞，大量孔洞形成了削弱面。
作为上述方案的进一步设置，所述竖向节段预制墙肢总成的顶部和底部标高分别位于楼层标高处。
作为上述方案的进一步设置，所述竖向预应力筋孔洞沿墙肢长度方向采用集中布置。
作为上述方案的进一步设置，所述底层竖向节段预制墙肢和加接层竖向节段预制墙肢上开设的竖向预应力筋孔洞的数量不超过五个。
一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构的装配方法，包括如下步骤：
1)基础及底层竖向节段预制墙肢采用现浇；
2)将竖向无粘结预应力筋预埋在基础底部并穿过底层竖向节段预制墙肢上的竖向预应力筋孔洞；
3)在底层竖向节段预制墙肢的上部铺设超高性能混凝土砂浆垫层，再将加接层竖向节段预制墙肢就位，竖向无粘结预应力筋穿过加接层竖向节段预制墙肢上预留的竖向预应力筋孔洞，并通过螺栓安装第一耗能垫板，通过水平预应力钢棒安装第二耗能垫板及下部角钢；
4)将钢筋混凝土连梁吊装就位，使用螺栓固定下部角钢与下部T型摩擦板的腹板，通过水平预应力钢棒安装上部免屈曲T型耗能钢板及第二耗能垫板，并使用螺栓与槽型钢盖板连接；
5)最后完成钢筋混凝土连梁的安装，依次完成上部的剪力墙及连梁的安装，最后张拉并锚固竖向无粘结预应力筋即可。
作为上述方案的进一步设置，所述竖向无粘结预应力筋长度超过30m时采用分段张拉、分段锚固的方法进行安装竖向无粘结预应力筋。
本发明提出的竖向预应力装配耗能联肢墙结构上部结构除首层结构外无需现场湿作业，属于干式连接，节能环保，震后利用竖向预应力筋的回弹作用使结构复位，残余变形很小，损伤集中在节点连接处，主要集中可更换的耗能元件上，震后修复简单快捷，可实现震后结构功能的迅速恢复。
本发明专利与传统技术相比，具有如下优势：
(1)通过竖向无粘结预应力筋实现竖向节段墙肢的拼接，结构具有良好的自复位功能。
(2)竖向节段墙肢沿墙肢长度和宽度方向安装耗能垫板，增强墙肢的耗能能力和连接性能。
(3)采用耗能连梁简化了连梁的抗剪设计，增强了连梁在地震作用下的变形及耗能能力。
(4)节段预制墙肢的顶部和底部采用超高性能混凝土砂浆，避免了施加预应力以及在地震作用下剪力墙接缝处的破坏，简化了剪力墙接缝部位的配筋设计。
(5)采用节段预制墙肢可有效减轻吊装的重量，方便现场施工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视平面结构示意图；
图3为本发明的俯视平面结构示意图；
图4为本发明的侧视平面结构示意图；
图5为本发明中墙肢、竖向墙肢耗能连接接头的立体结构示意图；
图6为本发明中第一耗能垫板的立体结构示意图；
图7为本发明中第二耗能垫板的立体结构示意图；
图8为本发明中上部免屈曲T型耗能钢板、槽型钢盖板的立体结构示意图；
图9为本发明中下部角钢的立体结构示意图；
图10为本发明下部T型摩擦板的立体结构示意图。
其中：
100-竖向节段预制墙肢总成，101-底层竖向节段预制墙肢，102-加接层竖向节段预制墙肢，103-竖向预应力筋孔洞，104-超高性能混凝土砂浆垫层；
200-钢筋混凝土连梁，201-上部纵筋，202-下部纵筋；
300-竖向无粘结预应力筋，400-预应力钢棒；
500-连梁端部耗能连接接头总成，501-上部免屈曲T型耗能钢板，502-槽型钢盖板，503-下部角钢，504-下部T型摩擦板，5041-弧形摩擦孔洞，505-螺栓；
600-竖向墙肢耗能连接接头，601-第一耗能垫板，602-第二耗能垫板，603-削弱截面。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语″第一″、″第二″等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语″包括″和″具有″以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1～10，并结合实施例来详细说明本申请公开的竖向预应力装配耗能联肢墙结构。
实施例1
本实施例1提出了一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构，其主体结构主要包括竖向节段预制墙肢总成100、钢筋混凝土连梁200、竖向无粘结预应力筋300、预应力钢棒400、连梁端部耗能连接接头总成500以及竖向墙肢耗能连接接头600。
在设置时将竖向节段预制墙肢总成100的顶部和底部标高分别位于楼层标高处。其中，竖向节段预制墙肢总成100包括底层竖向节段预制墙肢101和若干加接层竖向节段预制墙肢102，底层竖向节段预制墙肢101和加接层竖向节段预制墙肢102上均预留有一排竖向预应力筋孔洞103，具体设置时一排竖向预应力筋孔洞103的数量不超过五个，并且一排竖向预应力筋孔洞103沿墙肢宽度方向居中布置，同时竖向预应力筋孔洞沿墙肢长度方向采用集中布置。
在底层竖向节段预制墙肢101和加接层竖向节段预制墙肢102的接缝处设置有超高性能混凝土砂浆垫层104，并且该超高性能混凝土砂浆垫层104厚度为10-20mm。另外还在底层竖向节段预制墙肢101的底部五分之一面积处设置有超高性能混凝土层，并且超高性能混凝土层的强度不低于120MPa。
竖向无粘结预应力筋300放置在每个竖向预应力筋孔洞内，竖向无粘结预应力筋300的下端预埋锚固在基础上，上端锚固在最顶层的加接层竖向节段预制墙肢102顶部，并且当竖向节段预制墙肢总成100的高度以及竖向无粘结预应力筋300长度超过30m时采用分段张拉、分段锚固的方法进行安装竖向无粘结预应力筋300。
竖向耗能墙肢耗能连接接头600包括多个设置在墙肢前后侧面的第一耗能垫板601以及设置在墙肢左右两端面的第二耗能垫板602，多个第一耗能垫板601沿墙肢宽度方向间隔布置，多个第一耗能垫板601和第二耗能垫板602均贯穿底层竖向节段预制墙肢101和加接层竖向节段预制墙肢102的接缝处设置，第一耗能垫板601和第二耗能垫板602在与接缝处对应的部位设置有削弱截面603，并且第一耗能垫板601和第二耗能垫板602的削弱截面603为向内凹陷的圆弧口，上述结构的设置使得此段能耗垫板形成了耗能段。
连梁端部耗能连接接头总成500包括上部免屈曲T型耗能钢板501、槽型钢盖板502、下部角钢503和下部T型摩擦板504。其中上部免屈曲T型耗能钢板501的宽度比槽型钢盖板502的腹板宽度小，并且T型耗能钢板501的耗能段上开有大量孔洞5011，大量孔洞形成了削弱面。上部免屈曲T型耗能钢板501设置在槽型钢盖板502的下方，并且槽型钢盖板502的一端与上部免屈曲T型耗能钢板501之间通过螺栓505相连接，另一端预埋在钢筋混凝土连梁200的顶部且与钢筋混凝土连梁的上部纵筋201以及部分箍筋相焊接。
上部免屈曲T型耗能钢板501的翼缘、第二耗能垫板602以及加接层竖向节段预制墙肢102通过水平设置的预应力钢棒400相连接。下部T型摩擦板504的翼缘预埋在钢筋混凝土连梁200的下表面且与混凝土连梁的下部纵筋202以及部分箍筋相焊接，下部T型摩擦板504的腹板开有两条平行的弧形摩擦孔洞5041。两个下部角钢503呈前后对称设置，T型摩擦板504的腹板设置在两个下部角钢503之间且通过螺栓将T型摩擦板504与两个下部角钢503相连接，两个下部角钢503、第二耗能垫板602以及底层竖向节段预制墙肢101也通过水平设置的预应力钢棒400相连接。
本实施例1设计的竖向预应力装配耗能联肢墙结构在随着结构受到的荷载及变形的增大，结构的受力过程分为三个节段。
第一阶段：结构整体处于弹性状态，连梁端部耗能装置未启动，即连梁端部下部摩擦装置未发生滑动，上部T型耗能段还处于弹性；
第二阶段：连梁端部耗能装置被激活，即连梁端部下部摩擦装置发生滑动产生耗能，上部T型耗能段开始屈服；
第三阶段：当下部摩擦装置达到设计变形限值时，剪力墙承担更多的荷载，剪力墙墙肢接缝处张开，耗能垫板开始屈服耗能；
第四阶段：卸载后，在预应力筋的回弹力作用下，结构恢复到原来的位置，残余变形较小，仅对屈服耗能装置进行修复更换即可.
实施例2
实施例2公开了一种竖向预应力装配耗能联肢墙结构的装配方法，包括如下步骤：
步骤一：基础及底层竖向节段预制墙肢101采用现浇；
步骤二：将竖向无粘结预应力筋300预埋在基础底部并穿过底层竖向节段预制墙肢101上的竖向预应力筋孔洞103；
步骤三：在底层竖向节段预制墙肢101的上部铺设超高性能混凝土砂浆垫层104，再将加接层竖向节段预制墙肢102就位，竖向无粘结预应力筋300穿过加接层竖向节段预制墙肢102上预留的竖向预应力筋孔洞103，并通过螺栓安装第一耗能垫板601，通过水平预应力钢棒400安装第二耗能垫板602及下部角钢10；
步骤四：将钢筋混凝土连梁200吊装就位，使用螺栓固定下部角钢503与下部T型摩擦板504的腹板，通过水平预应力钢棒400安装上部免屈曲T型耗能钢板501及第二耗能垫板602，并使用螺栓与槽型钢盖板502连接；
步骤五：最后完成钢筋混凝土连梁200的安装，依次完成上部的剪力墙及连梁的安装，最后张拉并锚固竖向无粘结预应力筋300即可。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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