[发明专利]一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱

权利要求书

1.一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱，其特征在于，包括芯柱(1)、可拆卸预制空心柱段(2)、整体预制空心柱段(3)和摩擦层(4)；可拆卸预制空心柱段(2)与整体预制空心柱段(3)在竖向堆叠组成叠层空心柱段，叠层空心柱段的顶部和底部为可拆卸预制空心柱段(2)，中间为整体预制空心柱段(3)；芯柱(1)插入叠层空心柱段；芯柱(1)与叠层空心柱段之间存在变形空间(5)，摩擦层(4)设置在各预制空心柱段之间。

2.根据权利要求1所述的一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱，其特征在于，所述的芯柱(1)为钢管混凝土柱，或柱端配置FRP筋的钢筋混凝土柱，或柱端包裹FRP布加固的钢筋混凝土柱；芯柱(1)设计目标为：在罕遇或极罕遇地震作用下，侧墙达到层间变形能力极限时，芯柱(1)仍处于损伤可控的变形能力范围内，不考虑芯柱(1)的损伤修复；芯柱(1)的功能是协调叠层空心柱段的水平变形，同时承担小的剪力和弯矩。

3.根据权利要求1所述的一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱，其特征在于，所述的可拆卸预制空心柱段(2)由两块钢筋混凝土1/2空心圆柱组成，一端通过竖向铰链(6)连接，两个1/2空心圆柱可绕竖向铰链(6)中的销轴发生相对转动；另一端由曲螺栓(7)穿过预留螺栓孔(9)并通过螺母(8)连接紧固；两个1/2空心圆柱的拼接面垂直于车站横截面。

4.根据权利要求1所述的一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱，其特征在于，所述的可拆卸预制空心柱段(2)和整体预制空心柱段(3)的外圆半径表示为R，内圆半径表示为r，其中，R沿高度保持不变，r沿高度逐渐变化；具体地说，顶部可拆卸预制空心柱段(2)顶端的内圆半径最小，等于芯柱(1)的截面半径，记为r＝r₁，此时芯柱(1)与可拆卸预制空心柱段(2)密贴；可拆卸预制空心柱段(2)的底端的内圆半径最大，记为r＝r₂，此时芯柱(1)的半径r₁与可拆卸预制空心柱段(2)内圆半径r₂的之间差值最大，即变形空间(5)的宽度最大，表示为δ＝r₂-r₁；整体预制空心柱段(3)对应的变形空间(5)的宽度从中间到两端逐渐增大，即芯柱(1)与整体预制空心柱段(3)在中间密贴，在两端变形空间(5)达到最大宽度δ；底部可拆卸预制空心柱段(2)与顶部可拆卸预制空心柱段(2)对称分布；r沿高度弧形变化，以适应芯柱(1)的弯曲变形特征；

在保证叠层加芯柱的竖向承载功能的前提下，叠层加芯柱的水平向变形能力取决于整体预制空心柱段(3)的个数和变形空间(5)的宽度；在不考虑芯柱(1)失效的条件下，叠层加芯柱变形能力Δ随着整体预制空心柱段(3)的个数n增加和变形空间5的宽度δ增大而增加，即Δ＝2(n+1)δ。

5.根据权利要求1所述的一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱，其特征在于，施工流程分为四个步骤；S1：现浇底梁(10)，预留芯柱(1)底部杯口；S2：将芯柱(1)插入底梁(10)的杯口中并临时固定，向芯柱(1)与杯口基础的缝隙中注入水泥砂浆或其他高性能注浆料；S3：自下而上依次将可拆卸预制空心柱段(2)、整体预制空心柱段(3)和摩擦层(4)按顺序叠合拼装；其中，可拆卸预制空心柱段(2)由两个1/2空心圆柱对接，插入销轴并拧紧螺母，完成安装；整体预制空心柱段(3)通过吊装设备或专用安装机械套在芯柱上并逐个堆叠安装；S4：支模现浇顶梁(11)，芯柱(1)伸出部分与顶梁(11)现浇结合。

6.根据权利要求1所述的一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱，其特征在于，强震作用下，叠层加芯柱的典型破坏模式为两端可拆卸预制空心柱段(2)的受压破坏；当底部可拆卸预制空心柱段(2)发生破坏，叠层加芯柱的修复过程分为五个步骤；S1：检查叠层加芯柱受压区混凝土的破坏程度；S2：安装临时支撑；在损坏的叠层加芯柱周围安装带有顶升装置(15)的临时钢管支撑(14)，钢管支撑(14)与楼板或梁之间设置钢板(13)；为便于更换底部可拆卸预制空心柱段(2)，首先需要消除作用在该柱段上的竖向荷载；具体做法是：将约束装置(17)牢固附着在发生破坏的可拆卸预制空心柱段(2)上方的整体预制空心柱段(3)上，约束装置(17)与钢管支撑(14)之间通过钢桁架(16)连接；约束装置能够提供的竖向荷载应大于上部所有柱段的重量；S3：通过顶升装置(15)施加顶升力，减小作用到叠层加芯柱上的竖向荷载，并托起底部可拆卸预制空心柱段(2)上方的所有叠层空心柱段；拧松可拆卸预制空心柱段(2)上的螺母(8)，卸除螺栓(7)，通过拆卸撬板将两块钢筋混凝土1/2空心圆柱撬开并取出；S4：替换新的可拆卸预制空心柱段(2)，将曲螺栓(7)穿过两个1/2空心圆柱的预留螺栓孔(9)，并通过螺母(8)连接紧固；S5：卸除顶升装置(15)的顶升力，拆除钢桁架(16)、约束装置(17)、钢管支撑(14)和钢板(13)，完成修复。