[發明專利]一種震后可快速修復的地鐵車站疊層加芯柱

在審

• 申請號: 202210864925.5
• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115198795A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 路德春;吳春玉;王國盛;杜修力
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E02D29/045
• 分類號: E02D29/045;E02D31/08;E02D37/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 王兆波

本發明公開了一種震后可快速修復的地鐵車站疊層加芯柱，包括芯柱、可拆卸預制空心柱段、整體預制空心柱段和摩擦層。預制空心柱段豎向疊加在芯柱外側，兩者相互配合，協調變形。當結構在地震作用下產生水平層間變形時，芯柱在變形能力范圍內發生彎曲變形，疊層柱段之間發生相對錯動而較少承擔剪力和彎矩，疊層加芯柱的典型破壞模式為兩端預制空心柱段的局部受壓破壞。本發明一種震后可快速修復的地鐵車站疊層加芯柱在提高地下結構抗震關鍵立柱的變形能力的同時，能夠實現兩端易發生破壞的可拆卸預制空心柱段的簡單替換，保證地鐵車站結構具備震后功能可快速恢復的能力，進而提升城市生命線工程的抗震韌性。

技術領域

本發明涉及土木工程設計與施工領域，尤其涉及地下結構抗震韌性領域，具體的說，是一種震后可快速修復的地鐵車站疊層加芯柱。

背景技術

地下結構的抗震研究表明：立柱是框架式地下結構的抗震薄弱環節，與側墻相比，立柱的軸壓比較大而變形能力較小，在相同層間變形的情況下，立柱因變形能力不足而率先破壞。立柱兩端在層間大變形條件下處于壓彎剪復合受力最不利狀態，在地震過程中發生損傷或破壞的程度最為嚴重。因此，提高立柱的抗震性能，尤其是減小柱端的損傷破壞，是地下框架結構抗震領域應重點解決的問題之一。

中國發明專利CN110512799A公開了一種用于地下框架結構的疊層加芯柱及其施工方法。該疊層加芯柱在保證豎向承載能力不降低的情況下，具有顯著提高的層間變形能力，能夠改善地下結構關鍵立柱的抗震性能。研究表明：疊層加芯柱在地震大變形情況下的破壞模式為頂、底部預制空心柱段的局部受壓破壞，而不是柱全截面喪失豎向承載能力，因此不會導致結構整體豎向垮塌。

城市軌道交通作為城市的生命線工程，是城市受災后人員疏散、物資運輸等的重要通道，不僅應確保地震作用下不倒塌，還應具備震后功能可快速恢復的能力。為實現地鐵車站結構在地震作用下的損傷可控且震后功能可快速修復，開發疊層加芯柱的震后損傷修復技術是十分必要的。

發明內容

為了解決現有疊層加芯柱技術的震后損傷修復困難問題，保證地鐵車站結構具備震后功能可快速恢復的能力，本發明提供了一種震后可快速修復的地鐵車站疊層加芯柱。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種震后可快速修復的地鐵車站疊層加芯柱，其特征在于，包括芯柱1、可拆卸預制空心柱段2、整體預制空心柱段3、摩擦層4。可拆卸預制空心柱段2與整體預制空心柱段3在豎向堆疊組成疊層空心柱段，疊層空心柱段的頂部和底部為可拆卸預制空心柱段2，中間為整體預制空心柱段3；芯柱1插入疊層空心柱段；芯柱1與疊層空心柱段之間存在變形空間5，摩擦層4設置在各預制空心柱段之間。

所述的芯柱1為鋼管混凝土柱，或柱端配置FRP筋的鋼筋混凝土柱，或柱端包裹FRP布加固的鋼筋混凝土柱。芯柱1截面尺寸小，長細比大，變形能力強，其設計目標為：在罕遇或極罕遇地震作用下，側墻達到層間變形能力極限時，芯柱1仍處于損傷可控的變形能力范圍內，不考慮芯柱1的損傷修復。芯柱1的主要功能是協調疊層空心柱段的水平變形，同時承擔較小的剪力和彎矩。

所述的可拆卸預制空心柱段2由兩塊鋼筋混凝土1/2空心圓柱組成，一端通過豎向鉸鏈6連接，兩個1/2空心圓柱可繞豎向鉸鏈6中的銷軸發生相對轉動；另一端由曲螺栓7穿過預留螺栓孔9并通過螺母8連接緊固。兩個1/2空心圓柱的拼接面垂直于車站橫截面。

所述的整體預制空心柱段3為鋼筋混凝土空心圓柱，多個豎向疊加的整體預制空心柱段3與頂部和底部的可拆卸預制空心柱段2共同形成疊層加芯柱的主要豎向承重體系，即疊層空心柱段。

所述的可拆卸預制空心柱段2和整體預制空心柱段3的內圓半徑沿高度變化，形成芯柱1與疊層空心柱段之間的變形空間5。摩擦層4是預制空心柱段之間的減阻裝置或具有強豎向抗壓剛度和弱水平抗剪剛度的橡膠層，其作用是保證疊層空心柱段的各預制空心柱段在水平荷載作用下能夠發生水平相對錯動。變形空間5可避免各柱段在滑動過程中對芯柱產生剪切作用。