一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱

本技术涉及地下车站抗震，尤其涉及一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱。

背景技术：

1、地铁车站通常埋置于地下，其在地震作用下结构的变形受土体约束限制，长久以来人们普遍认为地下结构的震害反应相对地上结构较弱，因此针对地下结构抗震的研究也处于缓慢发展阶段。

2、也有发生地铁车站坍塌的事故，给人们敲响了警钟，人们才意识到地下结构抗震的重要性，地下结构的抗震研究也因此开始发展起来。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。

3、中柱采用现场为主施工，以钢筋混凝土结构构成中柱，中柱与顶板、底板之间也是钢筋混凝土浇筑成型。传统中柱建设方式工业化程度不高、建设效率低、资源和能源消耗较大，不能满足节能、环保的可持续发展建设要求。一旦地震发生，中柱表面的混凝土极易脱落、致使内部钢筋裸露，严重影响自身承载能力，也影响建筑物安全，后期难以进行修复。

4、因此为了满足国家和社会对地下车站在地震后的性能需求，通过对地下车站结构抗震的多方面考虑，需要建立新型的地下车站抗震体系，使其具有自复位和构件可更换的功能。

技术实现思路

1、本实用新型为了解决常规中柱遭遇地震后无法复位，导致结构损坏大、修复难度大的问题，提供一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，能够有效释放中柱-板节点区的弯矩并耗散地震能量，避免节点的塑性变形，有效控制中柱在地震中的反应，可以实现中柱的自复位和可更换。

2、为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

3、一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，包括顶板、底板和预制中柱，所述顶板和底板之间设置所述预制中柱，由预制中柱将顶板和底板连接起来，所述预制中柱为钢管混凝土柱，预制中柱采用工厂预制、现场拼装的方式，可实现快速化施工，预制中柱和所述顶板之间设置有上法兰连接件；

4、所述上法兰连接件包括钢垫板一、钢垫板二、记忆合金连接杆、锚具和加劲钢板，所述钢垫板一和钢垫板二分别设置顶板的上下两侧，顶板上贯穿有多根所述记忆合金连接杆，记忆合金连接杆为无粘结形状记忆合金制成的圆杆体，每根记忆合金连接杆两端分别延伸、穿过钢垫板一和钢垫板二后连接所述锚具，由此可便于将上法兰连接件牢固的安装在顶板上，预制中柱端部设置在钢垫板二上，钢垫板二和预制中柱之间设置多个所述加劲钢板，实现预制中柱和上法兰连接件的安装；

5、所述预制中柱和所述底板之间设置有下法兰连接件，所述下法兰连接件和上法兰连接件结构相同。

6、进一步地，所述预制中柱横截面为圆形结构，预制中柱由钢管和浇筑在钢管内的混凝土构成，混凝土采用具有超高强度等性能的混凝土；所述预制中柱上端通过所述上法兰连接件与顶板连接，预制中柱下端通过所述下法兰连接件与底板连接。

7、进一步地，所述钢垫板一和钢垫板二均为圆形板，钢垫板一、顶板、钢垫板二之间通过记忆合金连接杆连接固定，多个所述记忆合金连接杆环向均布在预制中柱周侧，可以限制预制中柱的横向位移，并使整个结构具有自复位功能。

8、进一步地，所述加劲钢板为三角形板或梯形板的一种，多个加劲钢板环向均布在预制中柱周侧，起到保证预制中柱连接稳固的作用，相邻两个加劲钢板之间布设所述记忆合金连接杆。

9、进一步地，所述钢垫板一、钢垫板二与顶板接合面之间设置有橡胶减震垫，橡胶减震垫不仅可以得到紧密牢靠的安装，同时利用橡胶减震垫可以消耗地震能量，减轻对中柱-板连接节点的破坏。

10、进一步地，所述钢垫板二截面为凸字形，预制中柱端部插入钢垫板二的凸起位置、且之间设置有橡胶减震圈，依靠橡胶减震圈的弹性恢复力实现预制中柱的自复位，使其受力平衡。

11、通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

12、本实用新型结构设计合理，预制中柱为预制结构，利用超高性能的混凝土和钢管的套箍作用，使核心混凝土具有更强的抗压强度和抵抗变形能力，提高了预制中柱的强度。预制中柱与顶、底板采用易于更换的法兰连接件形成整体，法兰连接为装配式安装，预制中柱采用工厂预制、现场拼装的施工手段，施工操作方便、施工效率高，可实现快速化施工，对于震后破坏的地下车站中柱，可实现快速更换。

13、本实用新型的记忆合金连接杆采用无粘结形状记忆合金制成，当地震较大时，在记忆合金连接杆的作用下，板与中柱之间发生提离而避免中柱-板的节点破坏，同时形状记忆合金被拉长而发挥耗散地震能量并提供自复位能力，震后良好的恢复性能对社会的经济发展具有极其重要的意义。

14、本实用新型在记忆合金连接杆作用的基础上，增设橡胶减震垫和圈，

15、橡胶减震垫和橡胶减震圈均具有弹性缓冲作用，橡胶减震垫可以实现竖直方向的减震，利用橡胶减震圈可以在水平方向减震，由此可以大幅提高预制中柱的抗震性能，提高震后结构的自复位效果，减少结构的损伤。

技术特征：

1.一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，包括顶板（1）、底板（2）和预制中柱（3），所述顶板（1）和底板（2）之间设置所述预制中柱（3），其特征在于，所述预制中柱（3）为钢管混凝土柱，预制中柱（3）和所述顶板（1）之间设置有上法兰连接件（4）；

2.根据权利要求1所述的一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，其特征在于，所述预制中柱（3）横截面为圆形结构，预制中柱（3）由钢管和浇筑在钢管内的混凝土构成；

3.根据权利要求1所述的一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，其特征在于，所述钢垫板一（41）和钢垫板二（42）均为圆形板，钢垫板一（41）、顶板（1）、钢垫板二（42）之间通过记忆合金连接杆（43）连接固定，多个所述记忆合金连接杆（43）环向均布在预制中柱（3）周侧。

4.根据权利要求3所述的一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，其特征在于，所述加劲钢板（45）为三角形板或梯形板的一种，多个加劲钢板（45）环向均布在预制中柱（3）周侧，相邻两个加劲钢板（45）之间布设所述记忆合金连接杆（43）。

5.根据权利要求1所述的一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，其特征在于，所述钢垫板一（41）、钢垫板二（42）与顶板（1）接合面之间设置有橡胶减震垫（5）。

6.根据权利要求1所述的一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，其特征在于，所述钢垫板二（42）截面为凸字形，预制中柱（3）端部插入钢垫板二（42）的凸起位置、且之间设置有橡胶减震圈（6）。

技术总结
本技术涉及一种自复位且可更换地下车站钢管混凝土预制拼装中柱，包括顶板、底板和预制中柱，顶板和底板之间设置预制中柱，预制中柱和顶板之间设置上法兰连接件；上法兰连接件包括钢垫板一、钢垫板二、记忆合金连接杆、锚具和加劲钢板，钢垫板一和钢垫板二分别设置顶板两侧，顶板上贯穿多根记忆合金连接杆，每根记忆合金连接杆两端分别延伸、穿过钢垫板一和钢垫板二后连接锚具，预制中柱端部设置在钢垫板二上，钢垫板二和预制中柱之间设置多个加劲钢板；预制中柱和底板之间设置有下法兰连接件，下法兰连接件和上法兰连接件结构相同。本技术可对震后破坏的地下车站中柱实现快速更换，记忆合金连接杆可耗散地震能量并提供自复位能力。

技术研发人员：董正方,马世洋,黄科研,王佳豪,代鹏翔,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