栓肋混合拉结钢板混凝土组合剪力墙及施工方法

技术领域

建筑结构工程技术领域，特别涉及一种栓钉与肋板混合拉结的装配式双钢板混凝土组合剪力墙的截面形式及其制作方法。

背景技术

双钢板混凝土组合剪力墙是剪力墙结构、钢框架-剪力墙结构或钢框架-核心筒结构中最重要的承重结构之一，其承载能力与抗震性能将直接影响到结构体系的整体安全性能。从理论上来说，双钢板混凝土组合剪力墙中的钢板对混凝土有良好的约束作用，从而有效提高混凝土的承载力；与此同时，混凝土的填充也使得面层钢板无法产生向墙体内部的屈曲，从而提高了剪力墙的承载力和延性，但是基于以往的试验研究中，发现双钢板混凝土组合剪力墙在承受一定的荷载下，剪力墙侧壁均有脱空现象，且产生向外鼓曲的趋势，由此可推断，此时部分区域的混凝土与钢板之间已经剥离开来，两者之间的相互约束也随之消失，如图1所示，从而大大影响剪力墙的工作性能。

目前已有的研究当中有通过栓钉连接的双钢板混凝土组合剪力墙(如图2所示)，试验研究表明，当仅设置栓钉的组合剪力墙在承受压力时，两块钢板之间无拉结，栓钉虽能增强钢板与混凝土之间的相互作用，但钢板的局部屈曲性能取决于栓钉的拔出强度，这就决定了组合剪力墙的受力性能受到栓钉距厚比的影响过大，且栓钉的连接质量也不易控制。同时，在住宅中应用的钢板混凝土组合剪力墙，钢板厚度较薄(一般6mm左右)，剪力墙厚度也较小，栓钉焊接质量不易控制，紧靠栓钉拉结可靠性较差。位移较大情况下，混凝土开裂后，栓钉拔出，剪力墙迅速破坏，失去承载力。因此，在住宅的薄壁剪力墙中一般不采用此种形式。

除此以外，杭萧钢构股份有限公司开发了一种U字形型材的钢管束组合剪力墙(如图3所示)这种形式的组合剪力墙有着承载能力高，抗震性能好等优点。但是，试验研究表明其受力性能受钢管束单元长度的影响较大，当单个的钢管束单元较小时，拼接形成的肋板间隔小，数量明显增多，承载能力强，但是会造成焊接量过大，浇筑混凝土难度大等问题；若单个的钢管束单元较大时，肋板间隔较大，在承受竖向大荷载情况下部分钢管束的中部钢板容易向外屈曲，就会出现钢板与混凝土脱开的情况，影响整体工作性能。

因此，对现有的双钢板混凝土组合剪力墙形式进行进一步的优化并提出力学性能更加优异的栓肋混合拉结的新型装配式双钢板混凝土组合剪力墙，具有重要的工程意义与实用价值。在创新过程中，应当兼顾力学安全性能、施工便捷性、整体经济型等问题。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，在双钢板混凝土组合剪力墙现有截面形式的研究基础上，提供一种栓肋混合拉结的装配式双钢板混凝土组合剪力墙形式及施工方法。技术方案如下：

一种栓肋混合拉结钢板混凝土组合剪力墙，包括多个一字排布的U型槽钢和固定在两侧的边柱及混凝土，其特征在于，U型槽钢包括两个对称拼接成的相同结构的L型冷弯钢板，在L型冷弯钢板内壁上沿高度方向设置有栓钉，两个L型冷弯钢板的腹板固定连接形成肋板，在肋板上沿高度方向设置有孔洞，使得U型槽钢成为带有孔洞的U型槽钢。

本发明同时提供上述剪力墙的施工方法，包括下列步骤：

1)先将钢板弯折成L型，然后在对称拼接处沿边切割出便于混凝土流通的半椭圆孔，形成L型冷弯钢板；

2)将焊接栓钉的两个L型冷弯钢板对称拼接成完整的带有孔洞的U型槽钢，拼接边采用焊接，此时，两个L型冷弯钢板的腹板部分焊接形成整个剪力墙的肋板，再依据剪力墙设计方案将相应规格的U型槽钢与边柱并排焊接成一字型，形成双钢板腔体；

3)现场施工时，将双钢板腔体上下层拼接以后，在双钢板中间灌注混凝土并养护成型。

与传统双钢板混凝土组合剪力墙相比，此新型组合剪力墙没有多余工序，仅钢材板件的椭圆孔与弯折成型可采用弯折机、数控钻或数控切割成型，焊接工作可采用焊接机器，在工厂加工。

本发明的有益效果如下：

1.栓肋混合拉结的双钢板混凝土组合剪力墙相较于普通双钢板混凝土组合剪力墙在延性和抗震性能有着很大提升，并且在施工层面上有了很大的改善。在剪力墙钢板内壁和混凝土完全剥离之前，通过栓钉保证两者之间的连接，从而在混凝土被压溃和钢板屈曲之前栓钉将起到拉结增强作用，增强了构件在地震作用下的延性和耗能能力，使得混凝土和钢板可以充分发挥各自的优势。混凝土出现压碎后，栓钉可能拔出，此时加劲肋拉结双侧钢板，将对保持剪力墙的整体性起到重要作用，保证结构的延性。

2.在受力方面，栓钉和中间焊接成型的肋板加强了钢板对混凝土的约束作用，提升了混凝土强度和延性，同时也防止了钢板向内屈曲，提升了整体强度。在正常使用状态下，栓钉和肋板也进一步保证了钢板面与混凝土共同作用。

3.焊接栓钉不仅提高了组合剪力墙的整体性，还能够适当放宽肋板之间的距离，相同长度内减少了U型槽钢单元的个数，这样可在满足设计要求的条件下大大减少焊接量，也节省一部分钢材。而且，由于肋板的间距加大，内部具有相对更大的空间，使得灌注混凝土更加方便，容易振捣，易于密实。

4.拼接成型的肋板面上预留的椭圆形贯通孔可以配合结构和混凝土种类的影响来确定大小(经试验研究，在一定范围内调节椭圆孔的大小不会影响剪力墙的整体性能)，椭圆孔的存在可以将混凝土的浇筑保证为一个整体而不是独立于各个U型槽钢单元内的混凝土柱，这样的设置有利于保证混凝土、栓钉和肋板共同作用。

5.本剪力墙所有的组成单元和组装过程均可在工厂预制完成，现场只进行混凝土浇筑工作，既不增加工艺上的复杂程度，也不增加现场施工的难度，还避免了大部分现场焊接工作对于结构影响的不确定性。

附图说明

图1钢板与混凝土失效约束示意图；

图2栓钉连接的双钢板混凝土组合剪力墙；

图3钢管束组合剪力墙；

图4：带栓钉的L型冷弯钢板详图；

图5：U型槽钢拼接详图；

图6：矩形钢管边柱详图；

图7双钢板混凝土组合剪力墙立体图；

图8双钢板混凝土组合剪力墙详图。

具体实施方式

具体来说，通过设计和工厂加工，达到栓钉以及加劲肋同时拉结两侧钢板的效果，形成整体稳定的腔体后，现场浇筑混凝土施工。将栓钉焊在L型冷弯钢板内壁上，然后将两个带焊接栓钉的L型冷弯钢板对称拼接成一个U型槽钢。此时，U型槽钢的腹板便形成组合剪力墙内部的肋板，由此可形成栓肋混合拉结的组合剪力墙基本单元。进一步，将多个U形槽钢拼接单元焊接形成剪力墙腔体。最后在双钢板腔体中灌入混凝土形成栓肋混合拉结的双钢板混凝土组合剪力墙。考虑到后浇筑混凝土的流动性和连续性问题，在拼接焊成的肋板上应预留椭圆孔，便于增强浇筑混凝土时的密实度。

本发明中焊接栓钉与U型槽钢拼接形成的肋板可有效提升钢板墙面和混凝土之间的连接，避免了组合剪力墙中的钢板和混凝土在荷载或地震作用下过早的剥离，进一步增强了构件在地震作用下的延性和耗能能力。由于栓钉和肋板对于混凝土和钢板的约束作用，也使得剪力墙的轴向承载力有小部分提升。采用栓钉拉结，可以适当增大U形槽钢拼接单元尺寸(加劲肋间距)，因此有效减少了钢板的竖向焊接量。另外，本构件采用L型冷弯钢板对称拼接的形式组成U型槽钢单元，有效解决了双钢板混凝组组合剪力墙内部栓钉焊接施工困难的问题，极大的促进了组合剪力墙的工业化生产。可期具有良好的力学性能、施工方便且造价经济。

本发明的栓肋混合拉结的双钢板混凝土组合剪力墙，由以下几部分组成：矩形钢管混凝土边柱1、L型冷弯钢板2、栓钉3、混凝土4、肋板5。其中肋板5是L型冷弯钢板2的一部分。

具体实现方法如下：

<1>.图4，先将钢板弯折成L型，然后在对称拼接处沿边切割出便于混凝土流通的半椭圆孔，形成L型冷弯钢板单元(2)。然后，在L型冷弯钢板内壁上沿高度方向焊接栓钉(3)。

<2>.图5，将焊接栓钉的L型冷弯钢板对称拼接成完整的U型槽钢，拼接边采用焊接。此时，两个L形的腹板部分焊接形成了整个剪力墙的肋板(5)。再依据剪力墙设计方案将不同规格的U型槽钢与钢管混凝土边柱(1)并排焊接成一字型，所有焊接全部采用等强熔透焊，焊缝等级不小于二级。

以上过程可全部实现工厂化生产。其中焊接栓钉高度h＜1/2H(剪力墙截面内部净厚度，以保证L型钢板单元可对称拼接，而不受栓钉长度的影响。

<3>.在现场施工时，将双钢板腔体上下层拼接以后，在双钢板中间灌注混凝土(4)并养护成型。

与传统双钢板混凝土组合剪力墙相比，此新型组合剪力墙没有多余工序，仅钢材板件的椭圆孔与弯折成型可采用弯折机、数控钻或数控切割成型，焊接工作可采用焊接机器，在工厂加工。椭圆孔的尺寸不宜过大，否则构件的力学性能会大幅下降；栓钉的尺寸也应适当选取，保证栓钉和剪力墙钢板内壁的焊接质量，保证栓钉与混凝土的拉结强度。