本发明专利技术公开了一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙，将结构大块的物体分解成相互约束的小块，并通过小块重新构件整体能够得到更好的抗外荷载与损伤的能力；将这些碎片化的单元构建通过特殊的几何形状设计以达到相互约束的情况，并通过如预应力钢筋或预压力弹簧等辅助手段加以固定，最后通过刚性框架完成全局约束；能够解决现有填充墙不具备自复位能力，在冲击等荷载的作用下常出现局部破坏，并难以复位的问题；充分发挥预应力钢筋与混凝土块的作用，预应力钢筋在荷载作用过程中受到更小的剪力，结构的使用寿命显著提高，且结构具有一定的容许位移能力，保证整体在极端荷载作用下能够得到修复。
【技术实现步骤摘要】
一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙
本专利技术涉及房屋建筑
，主要涉及一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙。
技术介绍
填充墙是指在框架结构建筑中起起围护和分隔作用的墙体，其在结构中不承重。现在，填充墙技术在房屋建筑领域中运用广泛，根据当代规范《砌体结构工程施工质量验收规范》GB50203-2011对填充墙的要求，其主要采用长方体砌体完成，其通过砂浆粘将多个砌体连接起来。但在参考诸多国内外震害与冲击试验表明，框架结构中的填充墙部分，经常因为自身耗能能力不足，而在震害与冲击发生后破坏，以上两种破坏，即地震破坏与冲击破坏已成为填充墙的主要破坏形式。较为人熟知的2008年汶川地震中，传统砌体填充墙大量出现了X形对角裂缝、整体倒塌、与框架连接处破坏等破坏形式。现有填充墙不具备自复位能力，在冲击等荷载的作用下常出现局部破坏，其难以复位并且局部破坏将严重影响墙体整体性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙，能够解决现有填充墙不具备自复位能力，在冲击等荷载的作用下常出现局部破坏，并难以复位的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙，包括混凝土拓扑互锁板，所述混凝土拓扑互锁板包括预制混凝土块和预应力钢筋；预制混凝土块的顶面和底面均为卸荷面；多个所述预制混凝土块分为多组，每组预制混凝土块水平排布为一行且接触配合，每组预制混凝土块在竖直方向上错缝叠置，形成混凝土拓扑互锁板；所述预应力钢筋分为多组，且每组至少有两根，且每根预应力钢筋均竖直贯穿混凝土拓扑互锁板，且每个预制混凝土块在水平方向上的两端内均穿设有预应力钢筋；所述卸荷面上设置有多个凹陷和多个凸起，相邻两组预制混凝土块的卸荷面上的凹陷和凸起接触配合；所述预制混凝土块分布形成拓扑互锁结构。现有填充墙不断地得到改善，并引入了设置阻尼或者增设柔性连接等辅助方式以增加填充墙的抗震、抗冲击能力，但尽管如此现有填充墙依然存在着几个明显缺点：现行砌体填充墙框架结构通常缺乏耗能作用，且主要的耗能作用是建立承重部分的非线性基础上，即其寄托于框架结构中的框架梁、框架柱或填充墙与框架的连接处的能力来减少墙体在地震与冲击中的破坏；这种方式较为复杂且性能提高能力有限，仅仅只能作为一种辅助方式来提高填充墙的延性，并不能从本质上提高填充墙的性能；现有填充墙在地震等荷载作用下会出现斜裂缝或对角裂缝等无法恢复的大变形，这会为恢复工作增加较大难度；现有填充墙不具备自复位能力，在冲击等荷载的作用下常出现局部破坏，其难以复位并且局部破坏将严重影响墙体整体性能；现有填充墙通常采用在墙体里加入其他材料或者设置阻尼器的方式来增加抗震与抗冲击性能，其达到一定性能的成本较高；现有填充墙的砌体结构需要粘结剂的配合完成，现场施工耗时长，一旦完成砌筑，砌块难以再次利用。针对上述缺陷，申请人设计前期想要采用自复位结构，自复位结构在是近年来针对建筑结构震后恢复能力而提出的一种结构体系，其主要原理在于通过预应力钢筋的作用将构件进行连接，并放松构件之间或构件与基础之间的约束，使得在荷载作用下，构件之间或者构件与基础之间能够进行大幅度的摇摆或开合以达到通过摩擦消耗荷载能量的作用，在产生位移后，通过预应力钢筋或者其他具有限制作用的措施使结构复位，以达到结构稳定并回到初始状态。具体表现为：在结构构件之间或者构件与基础之间形成接缝，构件通过预应力钢筋或者预压力约束连接形成一个整体；在地震中结构受到地震作用发生摇摆或开合，构件之间截面发生相互摩擦或者阻尼器发生作用而产生耗能；地震后，构件整体在预应力钢筋或者预压力约束的作用下完成复位；因此将自复位结构运用到混凝土填充墙中，能够有效的提高填充墙的抗震与抗冲击能力，提高结构的使用寿命。但申请人在研究过程中发现，传统的自复位结构并非完全适合填充墙的设计特点，考虑到传统的自复位结构存在着以下问题：传统的自复位结构的构件间通过多个平面来完成接触，平面之间存在着转角，平面接触意味着在地震与冲击荷载作用下，构件会出现摇摆和开合，容易在转角处产生应力集中，实践表明，此种自复位结构的接触转角处极易出现破坏或者裂缝；传统自复位结构的自复位功能主要依靠预应力钢筋来完成复位过程，构件本身很少参与复位过程，及时参与其作用也较为微小，这种结构的复位能力弱且没有很好的发挥构件本身的作用；传统的自复位结构的耗能作用一般依靠连接处的阻尼器或者其他耗能构件完成，另外设置耗能构建在填充墙设计中缺乏经济性，且会增加施工过程的难度。因此，申请人考虑到以上存在的问题，将在填充墙的设计中引入拓扑互锁的概念，设计拓扑互锁结构，以改善自复位结构在填充墙设计中存在的缺陷，具体实现方式如下：采用预制混凝土块，所述预制混凝土块采用的几何形状设计如下：预制混凝土的左右两侧采用平面，顶面和底面是一种弯曲的卸荷面；卸荷面的底部边缘采取内凹的一个周期的正弦曲线，卸荷面的顶部边缘采取外凸的一个周期的正弦曲线，两个边缘之间采取一种光滑过渡的放样曲面；同时在预制混凝土块的两个方向上均留有通孔，以供预应力钢筋穿过；预制混凝土块具体的构件单元尺寸应根据填充墙的尺寸设计要求决定；混凝土填充墙的预制混凝土块可以根据具体的抗外力要求替换一部分混凝土块为橡胶块，以提高混凝土拓扑互锁板的性能，由于通常混凝土拓扑互锁板的单元构件全部使用或绝大部分使用混凝土预制块，所以这里将不进行名称区分；锚具与橡胶垫应根据实际的施工情况进行选择；混凝土拓扑互锁板中，预制混凝土块通过预应力钢筋与构件间的卸荷面连接成一个整体；需要说明的是每个预制混凝土块的左右两端内均插设有预应力钢筋，且预应力钢筋应当分别设置在预制混凝土块长度方向上的中心线的两侧；这样能够保证贯穿与上层预制混凝土块左端的预应力钢筋同样贯穿位于相邻下层的预制混凝土块的右端，也就是说在穿设于同一预制混凝土块的预应力钢筋，连接固定有下层的两个预制混凝土块，类似于树状连接，可见预应力钢筋如上述所言竖直分布能够保证各个混凝土块紧密相连形成一个整体，若采用预应力钢筋横向贯穿在混凝土块的中部，则会出现每组预制混凝土块脱节的情况，若只竖直穿设一根预应力钢筋也无法实现每个预制混凝土块均实现连接的效果；本方案中无论是哪个预制混凝土块受到撞击情况，或者强烈震动的情况，通过预制混凝土块错缝重叠的设置方式，每个预制混凝土块之间是相互阻碍其运动的，并且在预应力钢筋的作用下可将单个预制混凝土块所受到的力作用，分散于整面墙中；取得了意想不到的效果，并非只是简单的连接固定。混凝土拓扑互锁板的凹凸面之间保证完全互锁，保证任意一个部分不会从整体中突出或脱出；预应力钢筋在构件拼装完成后通过其中预留的通孔插入；在预应力钢筋插入后，将预应力钢筋进行张拉并进行锚固，锚具与预制混凝土块之间应添加橡胶垫，以避免应力集中。需要说明的是：拓扑互锁结构的设计其基本原理如下为：对于任意脆性材料，使用碎片化的材料比使用整体结构有更大好处，将结构大块的物体分解成相互约束的小块，并通过小块重新构件整体能够得到更好的抗外荷载与损伤的能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙，其特征在于：包括混凝土拓扑互锁板(5)，所述混凝土拓扑互锁板(5)包括预制混凝土块(1)和预应力钢筋(2)；预制混凝土块(1)的顶面和底面均为卸荷面；多个所述预制混凝土块(1)分为多组，每组预制混凝土块(1)水平排布为一行且接触配合，每组预制混凝土块(1)在竖直方向上错缝叠置，形成混凝土拓扑互锁板(5)；所述预应力钢筋(2)分为多组，且每组至少有两根，且每根预应力钢筋(2)均竖直贯穿混凝土拓扑互锁板(5)，且每个预制混凝土块(1)在水平方向上的两端内均穿设有预应力钢筋(2)；所述卸荷面上设置有多个凹陷(11)和多个凸起(12)，相邻两组预制混凝土块(1)的卸荷面上的凹陷(11)和凸起(12)接触配合；所述预制混凝土块(1)分布形成拓扑互锁结构。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙，其特征在于：包括混凝土拓扑互锁板(5)，所述混凝土拓扑互锁板(5)包括预制混凝土块(1)和预应力钢筋(2)；预制混凝土块(1)的顶面和底面均为卸荷面；多个所述预制混凝土块(1)分为多组，每组预制混凝土块(1)水平排布为一行且接触配合，每组预制混凝土块(1)在竖直方向上错缝叠置，形成混凝土拓扑互锁板(5)；所述预应力钢筋(2)分为多组，且每组至少有两根，且每根预应力钢筋(2)均竖直贯穿混凝土拓扑互锁板(5)，且每个预制混凝土块(1)在水平方向上的两端内均穿设有预应力钢筋(2)；所述卸荷面上设置有多个凹陷(11)和多个凸起(12)，相邻两组预制混凝土块(1)的卸荷面上的凹陷(11)和凸起(12)接触配合；所述预制混凝土块(1)分布形成拓扑互锁结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的混凝土填充墙，其特征在于：所述卸荷面上设置有通孔(13)，所述预应力钢筋(2)插设于所述通孔(13)内。
3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑互锁的具...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊剑，刘家宏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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