本實用新型屬于鋼筋混凝土結構技術領域，具體涉及一種內置纖維增強復合材料約束金屬管的組合剪力墻。

背景技術：

鋼筋混凝土剪力墻是現代高層及超高層建筑結構中廣泛使用的抗側力構件，主要用于承受風荷載或地震作用引起的水平荷載，控制結構剛度，使結構在整體位移與層間位移方面滿足結構設計要求。鋼筋混凝土剪力墻一般由墻身及邊緣構件組成。根據不同的抗震等級需要，邊緣構件可以設計成構造邊緣構件或約束邊緣構件。一般通過增加邊緣構件豎向受力筋以及箍筋來增加約束邊緣構件的延性及承載力，從而增加鋼筋混凝土墻整體的承載力及變形能力。

在普通鋼筋混凝土剪力墻中，由于鋼筋受力屈服后會出現明顯的不可恢復的塑性變形，混凝土材料由于受拉強度較低，受壓強度達到后會出現材料軟化(應力下降)，傳統混凝土墻體存在變形能力差、延性較低的特點，在強烈水平荷載作用下(如大震時)，鋼筋混凝土剪力墻墻體可能出現受拉開裂、混凝土壓碎等現象，使整體結構存在因為關鍵抗側力構件變形過大導致的不可恢復破壞甚至倒塌的風險。結構設計中雖然可通過控制剪力墻的軸壓比或增加剪力墻截面尺寸來達到避免上述問題的目的，但是可能導致墻體厚度、長度過大，這樣不僅增加工程造價，而且可能影響建筑使用功能，導致結構設計與建筑設計難以協調的問題。為解決上述問題，公開號為CN100434601C的實用新型專利提出在鋼筋混凝土的墻體兩側設置鋼管混凝土邊柱以增加剪力墻的承載力、抗震性能。上述專利利用鋼管約束混凝土具有良好的變形能力及延行，將其置于受力較大的墻端位置能夠增加墻體的變形能力及延行；然而，由于鋼管屈服后鋼管混凝土整體的自復位功能(self-centering)較弱，大震后結構依然可能出現不可修復的破壞。為此，中國專利公開號為CN102127941B及CN104088378B實用新型專利提出在墻端利用鋼管混凝土的基礎上，在墻身設置鋼板以進一步增加墻身部分的延性及變形能力，此兩專利除存在中國專利公開號CN100434601C的缺點外，還存在用鋼量較大的問題，其他利用鋼管混凝土的剪力墻(如 中國專利公開號CN202380606U,CN104818784A,CN202380574U,CN203808295U等)也均存在類似缺點(即無自復位功能)。中國專利公開號為CN201459963U的實用新型專利提出在邊緣構件以及墻身全部或者部分配置高強鋼筋、纖維增強復合材料筋使墻體在大震時具有自復位功能；但是該專利并未解決大變形時墻體受拉區混凝土開裂及受壓區混凝土壓碎的問題。中國專利公開號為CN201459963U的實用新型專利提出在邊緣構件部分采用鋼管混凝土并內置纖維增強復合材料管組成組合剪力墻以增加結構整體的受力性能及變形能力，同時使結構具有一定的二階剛度及自復位功能；但是上述組合剪力墻應用有一定困難，主要表現在墻身部分的水平鋼筋與鋼管混凝土粘結比較困難，可能降低組合墻的整體工作性能，同時FRP管與周圍混凝土的協同工作也不能得到保證。

上述論述內容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本實用新型的各個方面相關的技術的各個方面，相信該論述內容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更好地理解本實用新型的各個方面，因此，應了解是以這個角度來閱讀這些論述，而不是承認現有技術。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于避免現有技術中的不足而提供一種內置纖維增強復合材料約束金屬管的組合剪力墻，其不僅具有良好的變形能力及延性，而且在大變形時具有明顯的二階剛度和自復位功能及優越的抗震性能。

本實用新型的目的通過以下技術方案實現：

提供一種內置纖維增強復合材料約束金屬管的組合剪力墻，所述剪力墻為鋼筋混凝土剪力墻，所述剪力墻內部布置有纖維增強復合材料管和金屬管，所述纖維增強復合材料管包在金屬管外面并對金屬管形成約束。

其中，所述纖維增強復合材料管預緊包覆在金屬管外面，或，纖維增強復合材料管內壁與金屬管外壁之間通過膠粘材料粘結。

其中，所述金屬管是空心的或金屬管內填充混凝土。

其中，所述金屬管內填充混凝土為普通混凝土、高強混凝土、膨脹混凝土、粉煤灰混凝土、輕骨料混凝土、回收骨料混凝土、纖維混凝土、自密實混凝土、橡膠混凝土中的一種。

其中，所述金屬管內側連接有金屬剪力釘或剪力鍵，和/或，所述金屬管 內側布置有沿著其軸向、環向或螺旋向的增強筋，和/或，所述纖維增強復合材料管外側布置有沿著其軸向、環向或螺旋向的增強筋。

其中，所述的金屬管、金屬剪力釘或剪力鍵所用材料是低碳鋼、高碳鋼、高強鋼、不銹鋼、鋁合金中的一種，和/或，所述的增強筋所用材料是低碳鋼、高碳鋼、高強鋼、不銹鋼、鋁合金、碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、PVC中的一種。

其中，所述增強筋的截面形狀為圓形、橢圓形、多邊形中的一種。

其中，所述纖維增強復合材料管外壁粘貼纏繞不連續的纖維布，和/或，所述纖維增強復合材料管和金屬管的截面形狀是圓形、橢圓形、帶圓弧化角的多邊形中的一種。

其中，所述的纖維增強復合材料管及不連續的纖維布所用纖維材料是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種。

其中，所述的纖維增強復合材料管約束的金屬管組合體位于剪力墻的墻端、兩個墻肢交叉處、多個墻肢交叉處其中一處或多處的暗柱或者連墻明柱內。

本實用新型利用利用被纖維增強復合材料(以下簡稱FRP)約束的金屬管來約束混凝土以增加混凝土的強度及變形能力。金屬管被更高強度的FRP管約束，其向外屈曲的模態受到抑制從而其抗屈曲能力得到顯著提升；所述金屬管內部根據墻體受力需要，可以填充或者不填充混凝土；所述金屬管內側布置有沿著金屬管軸向、環向、以及其他方向的增強筋、金屬剪力釘或剪力鍵以加強與管內混凝土的粘結；根據受力需要，所述FRP管外側可布置有沿著金屬管軸向、環向、以及其他方向的增強筋，還可粘貼纏繞不連續的纖維布，以加強與管外混凝土、墻體水平及縱向鋼筋粘結，增加墻體整體性。

將上述FRP管約束金屬管組合體置于剪力墻墻體變形或者受力較大部位，如墻端、兩個墻肢交叉處、多個墻肢交叉處位置中的一處或者多處，使所實用新型的組合剪力墻不僅具有變形能力強、受壓區混凝土不易壓碎的特點，同時具有明顯的二階剛度從而使剪力墻在大變形時候具有自復位功能，有效避免了現有金屬管混凝土組合剪力墻“延性有余而自復位功能不足”的缺點。

根據實際應用的需要，所述金屬管與FRP管的截面形狀可以為圓形、橢圓形、帶圓弧化角的多邊形中的一種；所述增強筋的截面形狀為圓形、橢圓形、 正方形、長方形、多邊形中的一種；所述金屬管的材料為低碳鋼、高碳鋼、高強鋼、不銹鋼、鋁合金中的一種；所述的增強筋所用材料是低碳鋼、高碳鋼、高強鋼、不銹鋼、鋁材、鋁合金、碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維、PVC中的一種；所述的纖維增強復合材料管及纖維布所用纖維材料是碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種；所述金屬管內根據需要填充的混凝土為普通混凝土、高強混凝土、回收骨料混凝土、纖維混凝土、自密實混凝土中的一種。

本實用新型專利的有益效果是：

1、利用約束混凝土強度高、變形能力好，同時具有明顯二階剛度的特點，將FRP管約束金屬管組合體布置在墻體變形或者受力較大部位，使所組成的組合剪力墻具有變形能力強、受壓區混凝土不易壓碎的特點；還可使墻整體具有明顯的二階剛度從而使剪力墻在大變形時候具有自復位功能，有效避免了現有鋼管混凝土組合剪力墻“延性有余而自復位功能不足”的缺點。

2、FRP管、混凝土、金屬管在一起形成有利的共同作用：FRP管與金屬管約束混凝土提升了強度及變形能力，FRP管約束金屬管提升了其抗屈曲能力；這種共同作用發揮了FRP、混凝土與金屬管三種材料各自的優點，提高了材料利用率；與金屬管相連(焊接或者其他方式連接)的增強筋增加了金屬管與管內被約束混凝土粘結，與FRP管相連(環氧樹脂連接或者其他方式連接)的增強筋及纖維增強復合材料條帶增加了FRP管與其外混凝土及墻體鋼筋的粘結，從而增加了組合剪力墻的整體性。

3、根據受力的需要，金屬管內部可以填充混凝土(如層數較高時)或者不填充混凝土(層數較低時)，優化了結構布置，可有效減輕結構自重，從而減少地震作用力；

4、由于充分利用了材料的優點，在相同的豎向承載力及抗震條件下，相比傳統的鋼筋混凝土墻體，本實用新型所涉及的組合剪力墻可使截面尺寸可大大減小，還可增加建筑空間的利用率，降低綜合造價，從而可促進高性能纖維增強復合材料在土木工程中的應用。

附圖說明

利用附圖對本實用新型作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本實用 新型的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1a為一個纖維增強復合材料管及金屬管位于墻端暗柱內的示意圖。

圖1b為兩個纖維增強復合材料管及金屬管位于墻端暗柱內的示意圖。

圖2a為一個纖維增強復合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處暗柱內的示意圖。

圖2b為三個纖維增強復合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處暗柱內的示意圖。

圖3a為一個纖維增強復合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處暗柱內的示意圖。

圖3b為四個纖維增強復合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處暗柱內的示意圖。

圖4a為一個纖維增強復合材料管及金屬管位于墻端連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內的示意圖。

圖4b為九個纖維增強復合材料管及金屬管位于墻端連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內的示意圖。

圖5a為一個纖維增強復合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內的示意圖。

圖5b為四個纖維增強復合材料管及金屬管位于兩個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內的示意圖。

圖6a為一個纖維增強復合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內的示意圖。

圖6b為兩個纖維增強復合材料管及金屬管位于多個墻肢交叉處連墻明柱(柱寬度大于墻厚)內的示意圖。

圖7a為金屬管空心的示意圖。

圖7b為金屬管填充混凝土的示意圖.

圖8a為金屬管內表面設置增強筋和金屬剪力釘或剪力鍵的示意圖。

圖8b為纖維增強復合材料管外表面設置增強筋的示意圖。

圖9為纖維增強復合材料管外壁粘貼纏繞的不連續的纖維條帶的示意圖。

圖10為增強筋的截面形狀示意圖。

圖11a為纖維增強復合材料管可能的截面形狀示意圖。

圖11b為金屬管可能的截面形狀示意圖。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細的描述，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

實施例一

參見圖1a，本實施例的內置纖維增強復合材料約束金屬管的組合剪力墻，在剪力墻墻端11的暗柱內布置一個纖維增強復合材料管1及金屬管2，其中纖維增強復合材料管1和金屬管2可通過環氧樹脂膠等膠粘材料進行粘貼。所述纖維增強復合材料管1可為碳纖維增強復合材料管(簡稱CFRP管)，玻璃纖維增強復合材料管(簡稱GFRP管)、芳綸纖維增強復合材料管(簡稱AFRP管)、玄武巖纖維管(簡稱BFRP管)中的一種。所述金屬管2所選用的鋼材為低碳鋼、高碳鋼、高強鋼、不銹鋼、鋁材、鋁合金中的一種。根據需要，可在金屬管2內填充混凝土或不填充混凝土(參見圖7a、圖7b)。所述金屬管2內根據需要填充混凝土3為普通混凝土、高強混凝土、回收骨料混凝土、纖維混凝土、自密實混凝土中的一種。為增加纖維增強復合材料管1與剪力墻間的粘結從而增加組合剪力墻的整體性，可按圖8b在纖維增強復合材料管1外表面布置增強筋5，也可按圖8a在金屬管2內表面布置增強筋4\金屬剪力釘或剪力鍵7，還可以按圖9在纖維增強復合材料管1外壁粘貼纏繞不連續的纖維布6。增強筋5與纖維增強復合材料管1可膠粘材料粘結，也可其他方式連接；所述金屬管2、金屬剪力釘或剪力鍵7與金屬管1的材料為低碳鋼、高碳鋼、高強鋼、不銹鋼、鋁合金中的一種，增強筋4、金屬剪力釘或剪力鍵7與金屬管1可焊接、也可以其他方式連接。

考慮實際生產和施工的需求，增強筋4、5截面可以圖10所示截面中的一種或者幾種；纖維增強復合材料管1和金屬管2的截面形狀可以為圖11a、圖11b的其中一種，纖維增強復合材料管1和鋼管2截面的長半軸與剪力墻暗柱的長邊方向一致并且其短半軸長度應小于剪力墻墻厚從而使纖維增強復合材 料管1有足夠的保護層厚度。

實施例二

參見圖1b，本實施例與實施例一不同的是，在剪力墻墻端11的暗柱內布置了兩個纖維增強復合材料管1及鋼管2。其中纖維增強復合材料管1及鋼金屬管2可以是圖11a、圖11b中任何一種。當荷載較大且對結構自復位功能要求較高時，可以在暗柱內布置多個(N>＝2)纖維增強復合材料管1，每個纖維復合材料管內布置一個及多個金屬管(M>＝2)。

實施例三

參見圖2a，本實施例與實施例一不同的是，在剪力墻兩個墻肢交叉處12設置一個纖維增強復合材料管1和一個金屬管2。

實施例四

參見圖2b，本實施例與實施例三不同的是，在剪力墻兩個墻肢交叉處12設置三個纖維增強復合材料管1和三個金屬管2。此實施例主要是考慮到剪力墻實際荷載的情況，當荷載較大且對結構自復位功能要求較高時，可以在暗柱內布置多個纖維增強復合材料管1和金屬管。其中纖維增強復合材料管1及金屬管2可以是圖11a、圖11b中任何一種。

實施例五

參見圖3a，本實施例與實施例一不同的是，在剪力墻多個墻肢交叉處13設置一個纖維增強復合材料管1和一個金屬管2。由纖維增強復合材料管1和金屬管2及金屬管2管內填充的混凝土3這三者代替傳統的鋼筋混凝土組合來承受上部傳來的豎向荷載。

實施例六

參見圖3b，本實施例與實施例五不同的是，在剪力墻兩個墻肢交叉處12設置四個纖維增強復合材料管1，每個纖維增強復合材料管1內設置一個金屬管2。

實施例七

參見圖4a，本實施例與實施例一不同的是，剪力墻端柱為明柱，即柱寬大于墻厚。參見圖4a，在剪力墻墻端明柱處設置一個纖維增強復合材料管1，纖維增強復合材料管1內設置一個金屬管2，由纖維增強復合材料管1和金屬管 2及金屬管2管內填充的混凝土3這三者代替傳統的鋼筋混凝土組合來承受上部傳來的豎向荷載。

實施例八

參見圖4b，本實施例與實施例七不同的是，在剪力墻墻端的明柱內布置了九個纖維增強復合材料管1及九個金屬管2，每個纖維增強復合材料管1內設置一個金屬管2。

實施例九

參見圖5a，本實施例與實施例一不同的是，剪力墻兩個墻肢交叉處12為明柱，即柱寬大于墻厚。在剪力墻的兩個墻肢交叉處12的明柱處設置一個纖維增強復合材料管1和一個金屬管2，由纖維增強復合材料管1和金屬管2及金屬管2內填充的混凝土3這三者代替傳統的鋼筋混凝土組合來承受上部傳來的豎向荷載。

實施例十

參見圖5b，本實施例與實施例九不同的是，在剪力墻兩個墻肢交叉處12的明柱內布置了四個纖維增強復合材料管1及四個金屬管2，每個纖維增強復合材料管1內設置一個金屬管2。

實施例十一

參見圖6a，本實施例與實施例一不同的是，剪力墻三個墻肢交叉處13為明柱，即柱寬大于墻厚。在剪力墻三個墻肢交叉處13的明柱處設置一個纖維增強復合材料管1和一個金屬管2，由纖維增強復合材料管1和金屬管2及金屬管2內填充的混凝土3這三者代替傳統的鋼筋混凝土組合來承受上部傳來的豎向荷載。

實施例十二

參見圖6b，本實施例與實施例十一不同的是，在剪力墻三個墻肢交叉處13的明柱內布置了兩個纖維增強復合材料管1及兩個金屬管2，每個纖維增強復合材料管1內設置一個金屬管2。

上面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本實用新型，但是，本實用新型還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制。

總之，本實用新型雖然列舉了上述優選實施方式，但是應該說明，雖然本領域的技術人員可以進行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本實用新型的范圍，否則都應該包括在本實用新型的保護范圍內。