一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱

本技术涉及地下车站抗震，尤其涉及一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱。

背景技术：

1、根据地下车站震害特点，认为中柱是车站结构的抗震薄弱环节。中柱在地震作用下，顶端、底端内力不断发生变化，在地震波反复运动下，混凝土材料更容易发生破坏，因此，中柱在强震中更容易在端部发生破坏。

2、在常规地铁车站设计中，中柱与顶板和底板是固结的，即三者采用钢筋混凝土结构连接为一体，因此在地震荷载的反复作用下、会导致中柱混凝土开裂、钢筋屈服，进而中柱的竖向承载力大大降低、容易被压溃，致使自身结构发生破坏，尤其是中柱与顶板、底板连接节点位置破坏尤为明显，震后修复困难。部分中柱在与顶板、底板连接节点位置布置橡胶座，通过橡胶座的弹性促使中柱的复位，但是在强震中橡胶垫的减震、自复位效果有限。

3、因此如何避免中柱在地震下发生不可恢复的塑性破坏，从而保护地下结构的完整性就显得十分重要，可更换中柱震后良好的恢复性能对社会的经济发展也具有极为重要的意义。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决中柱与顶板和底板之间固连，会造成中柱震后破坏严重、修复困难的问题，提供一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，中柱、顶板和底板之间采用装配式设计，便于中柱的安装更换或修复，同时中柱具有震后快速恢复的能力，避免中柱在地震荷载的反复作用下遭受破坏，减小结构损伤。

2、为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

3、一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，包括顶板、底板和中柱，中柱布置在顶板和底板之间，中柱直接相连接顶板和底板，所述中柱为预制的钢管混凝土柱结构，即中柱由钢管以及浇筑在钢管内的混凝土组成，中柱上端设置有上复位组件来连接所述顶板，中柱下端设置有下复位组件来连接所述底板，进而将中柱、顶板和底板连接为一个整体；

4、所述上复位组件包括半球形凸起钢接头、球面形凹垫板和预应力筋，所述中柱上端嵌合所述凸起钢接头，所述顶板侧壁上预埋有所述凹垫板，凹垫板为钢制，凸起钢接头向上凸起嵌合至凹垫板内，使得中柱可摇摆，两者也形成一定限制，顶板内还设置所述预应力筋来连接凸起钢接头，预应力筋位于凸起钢接头中心位置，该位置也是中柱的中心，预应力筋连接顶板和中柱，能限制中柱的位移并使其具有自复位功能；

5、所述下复位组件包括上法兰座、下法兰板和记忆合金杆，所述上法兰座嵌合在中柱周侧，上法兰座和下法兰板分别设置在底板上下两侧，上法兰座和所述下法兰板之间设置有多根所述记忆合金杆， 记忆合金杆贯穿底板，依靠记忆合金杆自身作用使预制中柱受力平衡，恢复震前状态，完成自复位。

6、进一步地，所述中柱上端通过所述上复位组件与顶板可拆卸连接，上复位组件将中柱与顶板紧密结合，中柱下端通过所述下复位组件与底板可拆卸连接，下复位组件将中柱与底板紧密结合，进而形成一个稳定牢靠的结构，也使得中柱具有可装配性。

7、进一步地，所述凸起钢接头为实心结构，凸起钢接头边缘设置有安装环，所述中柱上端设置有翻边，所述安装环和翻边上下对应，安装环和所述翻边之间穿设有多个紧固销，所述紧固销与安装环、翻边过盈配合，方便了凸起钢接头的拆装。

8、进一步地，所述凸起钢接头和中柱之间嵌合有稳定板，所述稳定板为截面呈“凸”字形的圆环板，再次起到固定凸起钢接头的作用，提高凸起钢接头和中柱的结合力。

9、进一步地，所述预应力筋竖向贯穿顶板，预应力筋下端与凸起钢接头螺纹连接，预应力筋上端伸出顶板连接有上锚具，预应力筋锚固在顶板上，便于预应力筋的拆装。中柱利用凸起钢结构和预应力筋来连接顶板，能大幅提高结构抗震性能、减小损伤，实现震后快速恢复。

10、进一步地，所述上法兰座包括截面呈“凸”字形的上法兰板和加强板，所述上法兰板中部嵌合至中柱内，上法兰板边缘向四周延伸大于中柱横截面，上法兰板和所述中柱之间设置有多个所述加强板，可以对中柱形成牢靠的限制，保证上法兰座和中柱连接的可靠性。

11、进一步地，所述记忆合金杆上下两端分别穿过上法兰板和下法兰板后均连接有下锚具，记忆合金杆锚固在底板上，能够提高下复位组件与底板连接的整体性和抗震能力，震中依靠记忆合金杆可将中柱拉回原位，实现自复位。

12、通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

13、本实用新型利用超高性能的混凝土和钢管的套箍作用，使中柱具有更强的抗压强度和抵抗变形能力。中柱、底板和顶板采用工厂预制、现场拼装来施工，构件制作完成后运至地下车站现场拼装，可实现快速化施工，中柱与顶板、底板紧密结合，便于形成稳定结构。对于震后破坏的地下车站中柱，采用法兰连接，方便拆卸，可实现快速更换，能及时恢复交通，震后良好的恢复性能对社会的经济发展具有极为重要的意义。

14、本实用新型的中柱与底板采用下复位组件连接，下复位组件采用法兰结构形式，施工方法简单、操作方便、施工效率高，能保证连接的稳定性。下复位组件中的记忆合金杆的耗能能力、自复位能力强，可以耗散地震能量并提供自复位能力，这样做降低了中柱在强震下的损伤，对中柱形成有效的保护，并减小震后结构残余应变。

15、本实用新型的中柱顶端采用半球形的凸起钢接头来和顶板接触，把传统的固结改为铰接，震中的中柱在水平方向可发生轻微晃动、产生摇摆，并通过预应力筋使得结构复位，形成自复位结构，减轻了结构在强震下的损伤，实现了大震作用下节点结构无损伤或轻微损伤，震后无需修复即可投入使用。

技术特征：

1.一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，包括顶板（1）、底板（2）和中柱（3），中柱（3）布置在顶板（1）和底板（2）之间，其特征在于，所述中柱（3）为预制的钢管混凝土柱结构，中柱（3）上端设置有上复位组件（4）来连接所述顶板（1），中柱（3）下端设置有下复位组件（5）来连接所述底板（2）；

2.根据权利要求1所述的一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，其特征在于，所述中柱（3）上端通过所述上复位组件（4）与顶板（1）可拆卸连接，中柱（3）下端通过所述下复位组件（5）与底板（2）可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，其特征在于，所述凸起钢接头（41）为实心结构，凸起钢接头（41）边缘设置有安装环（6），所述中柱（3）上端设置有翻边（7），所述安装环（6）和翻边（7）上下对应，安装环（6）和所述翻边（7）之间穿设有多个紧固销（8），所述紧固销（8）与安装环（6）、翻边（7）过盈配合。

4.根据权利要求3所述的一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，其特征在于，所述凸起钢接头（41）和中柱（3）之间嵌合有稳定板（9），所述稳定板（9）为截面呈“凸”字形的圆环板。

5.根据权利要求1所述的一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，其特征在于，所述预应力筋（43）竖向贯穿顶板（1），预应力筋（43）下端与凸起钢接头（41）螺纹连接，预应力筋（43）上端伸出顶板（1）连接有上锚具（10）。

6.根据权利要求1所述的一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，其特征在于，所述上法兰座（51）包括截面呈“凸”字形的上法兰板（511）和加强板（512），所述上法兰板（511）中部嵌合至中柱（3）内，上法兰板（511）边缘向四周延伸大于中柱（3）横截面，上法兰板（511）和所述中柱（3）之间设置有多个所述加强板（512）。

7.根据权利要求6所述的一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，其特征在于，所述记忆合金杆（53）上下两端分别穿过上法兰板（511）和下法兰板（52）后均连接有下锚具（11）。

技术总结
本技术涉及一种可更换摇摆自复位地下车站钢管混凝土中柱，包括顶板、底板和中柱，中柱上端设置有上复位组件来连接顶板，中柱下端设置有下复位组件来连接底板；上复位组件包括半球形凸起钢接头、球面形凹垫板和预应力筋，中柱上端嵌合凸起钢接头，顶板侧壁上预埋有凹垫板，凸起钢接头向上凸起嵌合至凹垫板内，顶板内还设置预应力筋来连接凸起钢接头；下复位组件包括上法兰座、下法兰板和记忆合金杆，上法兰座嵌合在中柱周侧，上法兰座和下法兰板分别设置在底板上下两侧，上法兰座和下法兰板之间设置有多根记忆合金杆。本技术的中柱自复位能力强，能够在小震下保持结构稳定，大震下节点结构无损伤或轻微损伤，便于震后的修复或更换。

技术研发人员：董正方,马世洋,黄科研,代鹏翔,王佳豪,王丽萍
受保护的技术使用者：河南大学
技术研发日：20230629
技术公布日：2024/1/15