[发明专利]一种在失效部位设置芯柱和可更换部件的钢筋混凝土柱

说明书

一种在失效部位设置芯柱和可更换部件的钢筋混凝土柱，包括至少一段钢筋混凝土芯柱，钢筋混凝土芯柱两端均与钢筋混凝土柱本体固连；钢筋混凝土柱还包括至少一个预埋钢管组和至少一个可更换部件组，可更换部件组设于钢筋混凝土芯柱外周；每个预埋钢管组包括上下两根预埋钢管，上预埋钢管的上端和下预埋钢管的下端均埋入钢筋混凝土柱本体中，上预埋钢管的下端、下预埋钢管的上端伸出钢筋混凝土柱本体外，上预埋钢管的下端、下预埋钢管的上端与可更换部件组的两端可拆卸连接。使用本发明，在失效部位设置可更换部件组，能显著提高失效部位塑性铰的耗能能力，延缓塑性铰刚度退化速率；将塑性变形集中于可更换部件组上，有利于减少受损后的修复工作。

技术领域

本发明属于建筑结构领域，具体涉及一种在失效部位设置芯柱和可更换部件的钢筋混凝土柱。

背景技术

随着基础理论与技术的不断进步以及高性能材料的推广应用，人们对结构的性能要求越来越高，结构已由极限状态设计逐步向可恢复功能设计转变，以期将损失降到最低。吕西林等人在《带有可更换构件的结构体系研究进展中》提到，通过在结构体系关键部位设置可更换部件，可以实现对受损部位进行快速修复与更换。可更换部件一般设置于结构易发生塑性变形的部位，将此部位用高延性材料、新型耗能材料替代原材料。设计构件的承载力与原部分基本一致，正常使用极限状态亦满足设计要求。当结构承受较强的水平作用时，受损部位将主要集中在可更换部件处，不仅可以利用其优良性能有效地耗能，而且有利于对受损的部件快速更换，尽快恢复结构的正常使用功能。

在汶川地震中，钢筋混凝土框架较少出现如原建筑抗震设计规范所预期的“强柱弱梁”失效模式。叶列平等人在《从汶川地震框架结构震害谈“强柱弱梁”屈服机制的实现》一文中从钢筋混凝土框架梁受力较为有利的角度对此现象进行了分析，指出楼板加强、梁端钢筋超配等多种有利因素使得梁端抗弯承载力提高很多，而钢筋混凝土柱受力较为不利，因而“强柱弱梁”失效模式较难出现。若要在钢筋混凝土框架中严格实现“强柱弱梁”失效模式，即钢筋混凝土框架柱具有高承载可靠性和高延性，不出现破坏，则必须将柱设计得很保守，混凝土和钢筋材料用量将会大幅提升。

再者，蒋友宝等人在《基于弯矩和轴力随机相关特性的RC偏压构件可靠度分析》、《钢筋混凝土框架柱和轻钢拱结构失效方程复杂特性与设计可靠度》、《柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响》等文中的分析表明，由于水平作用（风、地震）的随机不确定性，钢筋混凝土柱截面偏心距亦会随机变化，当考虑抗力随随机偏心距的变化效应后，按现行方法设计的钢筋混凝土大偏压柱承载力可靠度会出现较大幅度地波动变化。在某些情形下，钢筋混凝土柱的可靠性被高估了许多，设计偏于不安全。而随机偏心距下按小偏压设计的钢筋混凝土柱的可靠度要明显高于按大偏压设计的情形（因钢筋混凝土小偏压柱的设计目标可靠度高），且可靠度的波动范围较小，与设计目标可靠度相差不大。

鉴于此，有必要研发一种新型柱，既能实现在随机偏心距下小偏压柱的高承载可靠性，又能利用延性材料有效的耗散水平荷载输入结构的能量，同时满足构造简单、施工方便、经济合理、安全可靠以及受损后易于更换的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，解决按现行方法设计的钢筋混凝土柱在水平荷载作用下（风或地震）承载可靠度低于预期水平且破坏后修复困难的问题，提供一种在失效部位设置芯柱和可更换部件的钢筋混凝土柱。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种在失效部位设置芯柱和可更换部件的钢筋混凝土柱，包括钢筋混凝土柱本体，其特征在于，还包括至少一段钢筋混凝土芯柱，钢筋混凝土芯柱两端均与钢筋混凝土柱本体固连，钢筋混凝土芯柱的截面尺寸小于钢筋混凝土柱本体的截面尺寸；

钢筋混凝土柱还包括至少一个预埋钢管组和至少一个可更换部件组，预埋钢管组的个数、可更换部件组的个数均与钢筋混凝土芯柱的段数相同，每一段钢筋混凝土芯柱对应一个预埋钢管组和一个可更换部件组，可更换部件组设于钢筋混凝土芯柱外周；