[實用新型]“韌性鉸”RC墩柱

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202022755467.0
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN214362902U
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟慶利;羅星宇
• 申請（專利權(quán)）人: 西南科技大學
• 主分類號: E01D21/00
• 分類號: E01D21/00;E01D19/02;E01D101/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

在RC墩柱塑性鉸區(qū)域設(shè)置“韌性鉸”，其采用高強度鋼纖維混凝土分段預(yù)制殼壁，內(nèi)部核心區(qū)采用高抗彎韌性的SFRRC，同時殼壁預(yù)留孔內(nèi)設(shè)置“超彈性”SMA筋。SMA筋與塑性鉸區(qū)域兩端具有可靠連接。這些具體構(gòu)造實現(xiàn)了“韌性鉸”RC墩柱的可恢復(fù)功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有可恢復(fù)功能的“韌性鉸”RC墩柱：在RC墩柱塑性鉸區(qū)域設(shè)有“韌性鉸”，適用于以彎曲變形為主的RC墩柱，屬于工程結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域。

背景技術(shù)

橋梁作為交通生命線的樞紐工程，是各交通網(wǎng)絡(luò)充分發(fā)揮其運輸功能的關(guān)鍵。從歷次震害調(diào)查看，強震對橋梁的危害非常大。1976年唐山地震(Ms7.8)，48座橋梁遭受嚴重破壞或損毀，連接北京和沈陽的重要鐵路線中斷。1989年Loma Prieta地震（Ms7.0），引起橋梁倒塌及落梁，經(jīng)估算后期修復(fù)費用約為20億美元。1994年Northridge地震（Ms6.7），多座橋梁嚴重破壞，交通網(wǎng)絡(luò)中斷，貨物運輸受阻。1995年阪神地震（Ms7.2），地震中有320座橋梁遭到破壞，使神戶地區(qū)交通系統(tǒng)受到嚴重破壞，對外交通系統(tǒng)幾乎全部中斷，經(jīng)濟損失高達1015億美元。2008年汶川地震（Ms8.0），百花大橋五跨曲線橋連續(xù)性倒塌，此外還有其它各型120多座橋梁發(fā)生嚴重損壞，對震區(qū)的陸地交通系統(tǒng)造成直接經(jīng)濟損失約850億元。近些年的震害調(diào)查表明，地震中結(jié)構(gòu)倒塌和人員傷亡已經(jīng)得到有效控制，但是造成的經(jīng)濟損失仍然十分巨大。其中一個最重要的原因是由于結(jié)構(gòu)震損嚴重，難以修復(fù)或是修復(fù)時間過長，影響正常的生產(chǎn)和生活。

橋墩作為橋梁的主要抗側(cè)構(gòu)件，是橋梁抗震的重點研究對象。為了提高橋梁結(jié)構(gòu)抵御地震的能力，各國學者在提高橋墩抗震能力上進行了許多研究。針對既有橋墩，主要通過增大截面、鋼套管和體外預(yù)應(yīng)力等方法進行抗震加固。而對于新建橋墩，最初采用“硬抗”的方式，即提高橋墩的承載能力和延性來提高橋墩抗震能力。雖然提高承載能力和延性在一定程度上有助于抗震，但是地震是一種動荷載。當輸入地震動的特征周期和橋梁自振周期接近時，橋梁的地震反應(yīng)會很大，帶來嚴重破壞。20世紀70年代有學者提出結(jié)構(gòu)被動控制?？梢酝ㄟ^在橋梁上安裝阻尼器或隔震支座降低地震反應(yīng)。被動控制雖然可以降低地震反應(yīng)，但是有局限性。減隔震裝置一旦安裝到位，橋梁的動力特性就基本被確定下來。當出現(xiàn)與減隔震橋梁自振周期接近的地震動，隔震支座甚至會放大地震效應(yīng)。所以被動控制地震適應(yīng)性較差。1972年美國學者J.T.P.Yao結(jié)合現(xiàn)代控制理論，提出結(jié)構(gòu)控制思想，并建立結(jié)構(gòu)主動控制理論。主動控制可以對輸入地震動和結(jié)構(gòu)反應(yīng)實時跟蹤和預(yù)測, 并通過作動器對結(jié)構(gòu)施加控制力來改變結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)特性,以達到減小或抑制結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。主動控制技術(shù)比被動控制適應(yīng)能力更強，但是仍然存在不足。主動控制裝置過度依賴于外部的能量輸入（主要指電能），在大震的情況下，能量來源有可能中斷，因此其可靠度較低，實際控制效果難以保證。

鋼纖維橡膠混凝土(SFRRC)：以往的許多研究表明，隨著橡膠摻量的增加，橡膠混凝土的強度和彈性模量顯著降低。當細骨料被橡膠顆粒完全替代時，混凝土的抗壓強度會降低65%。橡膠混凝土的彈性模量會隨橡膠顆粒摻量的增加而減小。進一步的參數(shù)分析表明，橡膠顆粒的置換率應(yīng)小于20%，以避免混凝土強度顯著降低。由于摻入橡膠顆粒會使混凝土強度有所降低，所以有學者提出將鋼纖維摻入橡膠混凝土中，以提高強度，同時保持其良好的柔韌性。Noaman等研究了不同橡膠含量的纖維增強橡膠混凝土的壓縮韌性，發(fā)現(xiàn)壓縮韌性隨著橡膠摻量增加而提高，但是抗壓強度和彈性模量會降低。Abaza等指出，由于鋼纖維的增強作用，橡膠混凝土具有更高的抗彎韌性及延性的同時具有較高的抗壓強度，適用于承受彎曲變形的結(jié)構(gòu)中。

形狀記憶合金（SMA）自20世紀60年代開始快速發(fā)展，目前已成功應(yīng)用于醫(yī)療、機器人、航空航天、汽車等領(lǐng)域。SMA具有“超彈性”特性，在墩柱塑性鉸區(qū)域設(shè)置SMA筋，在地震時可以實現(xiàn)耗能，而且墩柱可以利用SMA的特性快速恢復(fù)。