[发明专利]一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱

说明书

本发明公开了一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱，包括芯柱、可拆卸预制空心柱段、整体预制空心柱段和摩擦层。预制空心柱段竖向叠加在芯柱外侧，两者相互配合，协调变形。当结构在地震作用下产生水平层间变形时，芯柱在变形能力范围内发生弯曲变形，叠层柱段之间发生相对错动而较少承担剪力和弯矩，叠层加芯柱的典型破坏模式为两端预制空心柱段的局部受压破坏。本发明一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱在提高地下结构抗震关键立柱的变形能力的同时，能够实现两端易发生破坏的可拆卸预制空心柱段的简单替换，保证地铁车站结构具备震后功能可快速恢复的能力，进而提升城市生命线工程的抗震韧性。

技术领域

本发明涉及土木工程设计与施工领域，尤其涉及地下结构抗震韧性领域，具体的说，是一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱。

背景技术

地下结构的抗震研究表明：立柱是框架式地下结构的抗震薄弱环节，与侧墙相比，立柱的轴压比较大而变形能力较小，在相同层间变形的情况下，立柱因变形能力不足而率先破坏。立柱两端在层间大变形条件下处于压弯剪复合受力最不利状态，在地震过程中发生损伤或破坏的程度最为严重。因此，提高立柱的抗震性能，尤其是减小柱端的损伤破坏，是地下框架结构抗震领域应重点解决的问题之一。

中国发明专利CN110512799A公开了一种用于地下框架结构的叠层加芯柱及其施工方法。该叠层加芯柱在保证竖向承载能力不降低的情况下，具有显著提高的层间变形能力，能够改善地下结构关键立柱的抗震性能。研究表明：叠层加芯柱在地震大变形情况下的破坏模式为顶、底部预制空心柱段的局部受压破坏，而不是柱全截面丧失竖向承载能力，因此不会导致结构整体竖向垮塌。

城市轨道交通作为城市的生命线工程，是城市受灾后人员疏散、物资运输等的重要通道，不仅应确保地震作用下不倒塌，还应具备震后功能可快速恢复的能力。为实现地铁车站结构在地震作用下的损伤可控且震后功能可快速修复，开发叠层加芯柱的震后损伤修复技术是十分必要的。

发明内容

为了解决现有叠层加芯柱技术的震后损伤修复困难问题，保证地铁车站结构具备震后功能可快速恢复的能力，本发明提供了一种震后可快速修复的地铁车站叠层加芯柱。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

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、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。

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截面尺寸小，长细比大，变形能力强，其设计目标为：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的主要功能是协调叠层空心柱段的水平变形，同时承担较小的剪力和弯矩。

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。

所述的整体预制空心柱段3为钢筋混凝土空心圆柱，多个竖向叠加的整体预制空心柱段3与顶部和底部的可拆卸预制空心柱段2共同形成叠层加芯柱的主要竖向承重体系，即叠层空心柱段。

所述的可拆卸预制空心柱段2和整体预制空心柱段3的内圆半径沿高度变化，形成芯柱1与叠层空心柱段之间的变形空间5。摩擦层4是预制空心柱段之间的减阻装置或具有强竖向抗压刚度和弱水平抗剪刚度的橡胶层，其作用是保证叠层空心柱段的各预制空心柱段在水平荷载作用下能够发生水平相对错动。变形空间5可避免各柱段在滑动过程中对芯柱产生剪切作用。