[发明专利]一种用于地下结构预制错缝拼装节段分体柱

说明书

本发明公开了一种用于地下结构预制错缝拼装节段分体柱。该分体柱由长节段预制钢筋混凝土柱、短节段预制钢筋混凝土柱、柱端橡胶垫层、柱间橡胶垫层和预应力钢绞线组成。长节段预制钢筋混凝土柱沿高度方向依次叠放并在一端放置一个短节段预制钢筋混凝土柱形成一个分体柱子单元，四个分体柱子单元以两行两列的方式组合为整体柱，各分体柱子单元中的节段预制钢筋混凝土柱之间通过橡胶垫层彼此隔开。地震作用下，各节段预制钢筋混凝土柱在橡胶垫层处自由张开闭合，预制错缝拼装节段分体柱的横缝和竖缝都在一定程度上增大中柱水平变形能力，横缝的相互错开有利于构件的水平抗剪能力。本发明安装于地下结构关键部位，减轻地下结构在地震作用下的破坏。

技术领域

本发明涉及地下结构工程的建设领域，尤其是涉及一种用于地下结构预制错缝拼装节段分体柱，属于预制装配式地铁车站抗震技术领域。

背景技术

近年来，随着世界各国城市化进程的不断推进，国内外学者逐渐意识到开发利用地下空间将成为重要的发展方向。地下结构在城市建设、交通运输、国防工程、水利工程等各个领域得到了越来越广泛的应用，如铁路隧道，地铁工程，地下商场，防空工程等。实践表明，21世纪是地下空间开发利用的世纪，而且目前地下空间的开发和地下结构的建设已经在世界范围内进入了快速发展的高峰期。

对于城市交通领域，以地铁工程为骨干的大运量快速公共交通系统在解决城市交通运输问题上发挥着不可或缺的作用。虽然地下工程的发展日益蓬勃，但是地下工程也面临着挑战——地震的作用。特别是1995年7.2级日本阪神地震中，神户市内地下结构发生了有史以来最严重的破坏，地铁、地下停车场、地下隧道和地下商业街等大量地下工程均发生严重破坏。最引人注意的是地铁车站的破坏，地震中共有5个地铁车站和约3km的地铁区间隧道发生破坏，其中大开地铁车站的破坏最为严重，一半以上的中柱完全坍塌，导致顶板坍塌破坏和上覆土层的沉降，最大沉降量达2.5m之多。相关研究表明竖向地震动有可能是引起地下结构破坏的关键因素，特别是，对于浅埋地下结构情况，上覆土体可能在地震作用初始阶段发生剪切破坏，此时，它与地下结构周围的其它土体已不是一个连续的整体，在后续的地震反应中，它的作用仅是堆积到地下结构顶板上与周围土体发生弱连接的堆积土(类似于回填土体情况)效应，对地下结构的约束作用和地震反应影响也完全不同于连续土体对应的情况。上覆土体竖向惯性力作用对地下结构的关键支撑构件的竖向受力评价会产生极大影响，实际上是改变了支撑柱的轴压比，从而改变了支撑柱的抗剪切强度和变形性能。对地下结构地震反应受力而言，支撑柱的抗剪切强度提高而极限变形能力降低是不利的，这意味着支撑柱将分担更多的由于土层变形而作用在地下结构上的水平向剪力，同时，其极限变形能力的降低使得它可能先于侧墙遭到破坏，进而导致顶板以及地下结构体系的整体毁坏。

本发明基于地下结构的震害特点以及地下结构的破坏机理，提出一种用于地下结构预制错缝拼装节段分体柱，用于替代传统地下结构中的普通现浇钢筋混凝土柱。正常使用状态下，预应力钢束将节段钢筋混凝土柱整体串联，并锚固于顶底梁中，保证其正常使用功能。地震作用下地下结构上覆土体易出现剪切破坏，在其自重及附加竖向惯性力作用下，地下结构需承受较大的竖向荷载作用。采用上述预制错缝拼装节段分体柱取代传统现浇整体钢筋混凝土柱，克服了传统钢筋混凝土柱在高轴压作用下水平变形能力不足的缺陷。各节段柱在橡胶垫层处自由张开闭合，预制错缝拼装节段分体柱的横缝和竖缝都在一定程度上增大了中柱的变形能力，同时横缝的相互错开有利于构件的抗剪切能力。

发明内容

本发明公开一种用于地下结构预制错缝拼装节段分体柱，该分体柱在地震作用下能提供较大的竖向抗压能力和水平抗剪能力，同时也提高高轴压作用下分体柱的侧向变形能力，从而减轻地下结构的地震灾害。