[实用新型]“韧性铰”RC墩柱

说明书

在RC墩柱塑性铰区域设置“韧性铰”，其采用高强度钢纤维混凝土分段预制壳壁，内部核心区采用高抗弯韧性的SFRRC，同时壳壁预留孔内设置“超弹性”SMA筋。SMA筋与塑性铰区域两端具有可靠连接。这些具体构造实现了“韧性铰”RC墩柱的可恢复功能。

技术领域

本发明涉及一种具有可恢复功能的“韧性铰”RC墩柱：在RC墩柱塑性铰区域设有“韧性铰”，适用于以弯曲变形为主的RC墩柱，属于工程结构抗震领域。

背景技术

桥梁作为交通生命线的枢纽工程，是各交通网络充分发挥其运输功能的关键。从历次震害调查看，强震对桥梁的危害非常大。1976年唐山地震(Ms7.8)，48座桥梁遭受严重破坏或损毁，连接北京和沈阳的重要铁路线中断。1989年Loma Prieta地震（Ms7.0），引起桥梁倒塌及落梁，经估算后期修复费用约为20亿美元。1994年Northridge地震（Ms6.7），多座桥梁严重破坏，交通网络中断，货物运输受阻。1995年阪神地震（Ms7.2），地震中有320座桥梁遭到破坏，使神户地区交通系统受到严重破坏，对外交通系统几乎全部中断，经济损失高达1015亿美元。2008年汶川地震（Ms8.0），百花大桥五跨曲线桥连续性倒塌，此外还有其它各型120多座桥梁发生严重损坏，对震区的陆地交通系统造成直接经济损失约850亿元。近些年的震害调查表明，地震中结构倒塌和人员伤亡已经得到有效控制，但是造成的经济损失仍然十分巨大。其中一个最重要的原因是由于结构震损严重，难以修复或是修复时间过长，影响正常的生产和生活。

桥墩作为桥梁的主要抗侧构件，是桥梁抗震的重点研究对象。为了提高桥梁结构抵御地震的能力，各国学者在提高桥墩抗震能力上进行了许多研究。针对既有桥墩，主要通过增大截面、钢套管和体外预应力等方法进行抗震加固。而对于新建桥墩，最初采用“硬抗”的方式，即提高桥墩的承载能力和延性来提高桥墩抗震能力。虽然提高承载能力和延性在一定程度上有助于抗震，但是地震是一种动荷载。当输入地震动的特征周期和桥梁自振周期接近时，桥梁的地震反应会很大，带来严重破坏。20世纪70年代有学者提出结构被动控制。可以通过在桥梁上安装阻尼器或隔震支座降低地震反应。被动控制虽然可以降低地震反应，但是有局限性。减隔震装置一旦安装到位，桥梁的动力特性就基本被确定下来。当出现与减隔震桥梁自振周期接近的地震动，隔震支座甚至会放大地震效应。所以被动控制地震适应性较差。1972年美国学者J.T.P.Yao结合现代控制理论，提出结构控制思想，并建立结构主动控制理论。主动控制可以对输入地震动和结构反应实时跟踪和预测, 并通过作动器对结构施加控制力来改变结构的系统特性,以达到减小或抑制结构地震反应。主动控制技术比被动控制适应能力更强，但是仍然存在不足。主动控制装置过度依赖于外部的能量输入（主要指电能），在大震的情况下，能量来源有可能中断，因此其可靠度较低，实际控制效果难以保证。

钢纤维橡胶混凝土(SFRRC)：以往的许多研究表明，随着橡胶掺量的增加，橡胶混凝土的强度和弹性模量显著降低。当细骨料被橡胶颗粒完全替代时，混凝土的抗压强度会降低65%。橡胶混凝土的弹性模量会随橡胶颗粒掺量的增加而减小。进一步的参数分析表明，橡胶颗粒的置换率应小于20%，以避免混凝土强度显著降低。由于掺入橡胶颗粒会使混凝土强度有所降低，所以有学者提出将钢纤维掺入橡胶混凝土中，以提高强度，同时保持其良好的柔韧性。Noaman等研究了不同橡胶含量的纤维增强橡胶混凝土的压缩韧性，发现压缩韧性随着橡胶掺量增加而提高，但是抗压强度和弹性模量会降低。Abaza等指出，由于钢纤维的增强作用，橡胶混凝土具有更高的抗弯韧性及延性的同时具有较高的抗压强度，适用于承受弯曲变形的结构中。

形状记忆合金（SMA）自20世纪60年代开始快速发展，目前已成功应用于医疗、机器人、航空航天、汽车等领域。SMA具有“超弹性”特性，在墩柱塑性铰区域设置SMA筋，在地震时可以实现耗能，而且墩柱可以利用SMA的特性快速恢复。