[发明专利]一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱

说明书

本发明公开了一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，该叠层分体柱由预制钢筋混凝土柱段、预应力钢棒、X型连接件、外包薄钢板、预留连接钢筋和预留高强螺栓组成。预制钢筋混凝土柱段截面预留串接空心孔，与梁连接段预留出头钢筋，相邻两侧面设置预留高强螺栓。预制钢筋混凝土柱段之间通过所述预应力钢棒串接形成剪跨比较大的分体柱。X型连接件通过所述预留高强螺栓将相邻面预制钢筋混凝土柱段相连。所述外包钢板外粘贴于所述预制混凝土段的外侧，将所串接而成并两两相连的分体柱及其之间的连接缝隙整体包囊，以保证叠层分体柱正常使用状态的功能性。本发明可应用于地下结构关键部位，提升结构的整体抗震性能。

技术领域

本发明涉及地下结构工程建设领域，尤其是涉及一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，属于预制装配式地铁车站抗震技术领域。

背景技术

目前，世界上大多数城市都建设了包括地铁网络，综合管廊，地下商场等在内的各种地下结构设施，这些地下结构工程在国民经济中各个领域得到了广泛的应用，极大地缓解了城市地上土地资源稀缺的问题。

城市交通领域，以地铁工程为骨干的大运量快速公共交通系统在解决城市交通运输问题上发挥着不可或缺的作用。虽然地下工程的发展日益蓬勃，但是地下工程也面临着挑战地震的作用。1995年，日本阪神发生里氏7.2级地震，大开地铁车站在这次强震中35根中柱产生了严重破坏，总长约110m范围完全坍塌，车站顶板在离中柱左右两侧各1.75m-2m处被折弯，整体断面变成M型，上方地面最大塌陷约2.5m。除此之外，阪神地震也对三宫车站，神泽站，新田站等车站的三百余根柱子造成不同程度的损伤破坏。相关研究表明水平与竖地震动的共同作用导致了大开车站的严重塌毁，竖向地震动使得上覆土体剪切破坏成为呆重全部作用于结构顶板上，并且绝大部分的动荷载转移至构件中柱截面，中柱所承受的轴压比迅速增大，变形能力减弱，在水平地震动作用下发生剪切破坏。上述的震害现象与研究说明了地铁车站结构的抗震性能取决于关键构件的侧向变形能力，而上覆土体竖向压力的增大实际上改变了支撑构件的轴压比，从而改变构件的剪切强度与变形能力。同时，结构内支撑构件的轴压比的变化却并不一致，对于箱形地铁车站而言，中柱轴压比的变化要远远高于侧墙，这就使得中柱在其自身侧向变形能力降低的同时，却又承担了更多的水平剪切力，进而诱发中柱先于侧墙发生破坏，致使整体坍塌。

本发明基于地下结构的震害特点以及地下结构的破坏机理，提出一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，以替代传统地下结构中的普通现浇钢筋混凝土柱。即采用X型连接件将承受较大轴压作用的柱子分隔成若干个小柱的组合体，并且在水平方向上再切分成若干个柱段，通过预应力钢棒串接，以增加其水平侧移能力，叠加而成每个小柱的剪跨比较大，进一步提高了柱子的抗震性能。正常使用状态下，由外包薄钢板将预制钢筋混凝土柱及其之间的X型连接整体包裹，以保证分体柱的正常使用。当地震作用时，首先被破坏的是外包薄钢板，随后在垂直方向上相接的两预制钢筋混凝土柱段发生一定的滑动，水平方向上相邻面的预制钢筋混凝土柱的相对变形可带动X型连接件的相对变形，并且耗散部分地震能量，在上述变形机制下，柱子的延性与耗能性得到极大的提高。用于地下结构X型连接预制叠层分体柱将短柱或超短柱的脆性剪切破坏转变为分体柱的延性破坏，并结合了叠层柱的优点，使地下结构关键构件的抗震性能得以显著提高。

发明内容

本发明公开了一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，该叠层分体柱在地震作用下能承受较大的上覆土体惯性力，同时也提升高轴压比下分体柱的侧向变形能力，从而减轻地下结构的地震灾害。

为解决上技术问题，本发明提供一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，该叠层分体柱由预制钢筋混凝土柱段、预应力钢棒、预留连接钢筋、预留高强螺栓、X型连接件和外包薄钢板组成。

进一步地，所述预制钢筋混凝土柱段为常规设计的钢筋混凝土柱，柱体预留串接孔，相邻两侧面预留高强螺栓，与梁连接柱体设置预留连接钢筋。

进一步地，所述的预应力钢棒与预留串接孔将预制混凝土柱段串接成整体，形成分体柱。