[发明专利]一种用于地下结构的端部铰接粘弹性自复位摇摆柱

说明书

本发明公开了一种用于地下结构的端部铰接粘弹性自复位摇摆柱，该端部铰接粘弹性自复位摇摆柱由柱、梁、梁端预埋钢板、柱端预埋钢铰、“O”型软钢阻尼器、夹层钢板橡胶垫、预应力钢绞线、预应力钢绞线固定件组成。在柱端预埋所述柱端预埋钢铰，在顶底纵梁相应位置处预埋所述梁端预埋钢板，将柱端钢铰置于梁端钢板内，形成铰接连接。将“O”型软钢阻尼器及夹层钢板橡胶垫置于所述两预埋钢板平面部分之间，在各构件制作及连接过程中须注意在柱中心处布置预应力钢绞线，预应力钢绞线贯穿顶、底纵梁及中柱，形成端部铰接粘弹性自复位摇摆柱。本发明可应用于地下结构中柱抗震关键部位，提升结构整体抗震性能。

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的端部铰接粘弹性自复位摇摆柱，属于地铁车站抗震技术领域。

背景技术

为解决生态环境与城市发展的矛盾，发展地下空间是十分必要的，国际上把21世纪作为人类开发利用地下空间的年代。地下空间的应用广泛：综合管廊、地下军事防护工程、水电工程、地下停车场、城市轨道交通、地下道路、地下文化体育设施、地下商业街等均应用到地下工程。

由于受周围土体的约束，地下结构一直以来被认为抗震性能良好，但近年来历次地震中，仍有一些地下结构受到严重破坏，尤其是1995年日本大阪-神户地区发生的里氏7.2级地震，在此次地震中，距离震源15km的神户市大开地铁车站及地下综合管廊2#线发生了严重的震害，大开车站为两跨中柱地下结构，地震造成大开车站第一部分超过30根中柱发生严重破坏，约110m范围内的车站结构完全倒塌破坏，中柱破坏导致顶板失去中部支撑进而发生“M型”破坏，中柱两侧顶板被折弯，地表发生塌陷，最大塌陷量约为2.5m。1995年大开车站震害使地下结构抗震问题得到了世界范围内地震工程专家们的广泛关注。根据相关研究表明，1995年日本阪神地震中大开车站发生严重破坏的主因是大开车站中柱水平变形能力不足，大开车站结构在上覆土体竖向惯性力作用下，中柱轴压比的增幅要显著高于侧墙轴压比的增幅，从而导致中柱水平变形能力降幅较侧墙水平变形能力降幅更大，二者变形能力不协调，中柱先于侧墙发生破坏。综上所述，中柱对于地下结构而言为抗震关键构件，应对其采取一定措施以保证其抗震安全性。

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的端部铰接粘弹性自复位摇摆柱，对传统地下结构中柱与顶、底纵梁连接节点进行了一定的改进：地震作用时，在保证中柱竖向支撑能力的前提下，大幅减小中柱承担的水平剪力，提高了中柱水平变形能力，同时在柱两端支座处设置夹层钢板橡胶垫、阻尼器及预应力钢绞线，使柱具备一定的耗能及自复位能力。本方法中柱端部与地下结构顶、底纵梁铰接，释放中柱端部弯矩及剪力，进而增大了中柱顶、底水平差异变形能力。柱端部设置“O”型软钢阻尼器及夹层钢板橡胶垫，“O”型软钢阻尼器使柱子在发生变形的过程中可以迅速耗散地震动传到中柱上的能量，夹层钢板橡胶垫及预应力钢绞线使中柱具备一定的自复位能力。在正常荷载工况下，柱端虽然为铰支座，但受地下结构周围土体的约束，且在柱两端夹层钢板橡胶垫、“O”型软钢阻尼器及预应力钢绞线的作用下，中柱可以保持竖向稳定性，且弧形铰支座使得中柱与顶、底纵梁接触面积较大，确保竖向荷载的传递；在地震工况作用下，地下结构在周围土体变位作用下发生结构顶、底板水平相对位移，此时由于中柱两端铰接，中柱可发生顶、底端水平相对变形，同时中柱在变形时会引发柱两端夹层钢板橡胶垫、“O”型软钢阻尼器及预应力钢绞线的变形，夹层钢板橡胶垫及预应力钢绞线的变形使中柱具备一定的自恢复能力，阻尼器使中柱具备一定的耗能能力。该节点做法使地下结构关键构件的抗震性能得以显著提高。

相比于传统地下结构中柱与顶、底纵梁现浇连接节点，本发明将梁柱连接改为铰接连接，释放了柱端弯矩及剪力；相比于其它大部分地下结构关键中柱减隔震措施，本发明将在柱端设置夹层钢板橡胶垫、“O”型软钢阻尼器及预应力钢绞线，提高了中柱地震过程中的耗能及自复位能力。

发明内容