一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱制造技术

本发明专利技术涉及一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，包括混凝土基础(2)、安置在混凝土基础(2)上的预制钢筋混凝土柱(1)，以及分布在混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)的四周并连接两者的超弹性形状记忆合金螺杆(3)，其中，在混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)的接触面上分别预埋基础顶面钢板(5)和柱底钢板(4)，在基础顶面钢板(5)与柱底钢板(4)之间还布置有抗剪元件(7)。与现有技术相比，本发明专利技术构造简单，设计灵活，钢筋混凝土柱采用预制拼装形式，施工方便，结构的自复位能力可以保证其震后使用功能不会中断，有效地避免了传统钢筋混凝土结构中显著的震后修复和加固的费用等。

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱
本专利技术涉及可恢复功能结构
，尤其是涉及一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱。
技术介绍
当前世界范围内普遍采用的抗震设计思想是当结构遭受强烈地震时，允许结构在预定设计的部位(塑性铰区)发生塑性变形来消耗能量，从而实现抗震设计的设防目标(如大震不倒)以保证生命财产安全。这种采用自身构件耗能的延性设计方法，虽然实现了结构预期的抗震目标，但结构的塑性铰区域在地震中损伤严重。明显的残余变形不但会导致结构修复困难，而且因使用功能中断而带来的经济成本和时间成本较高，给社会和经济发展带来明显的影响。如2011年新西兰Christchurch地震中，60％的钢筋混凝土结构因修复费用过高而拆除，导致中心城区关闭超过2年时间，给社会造成了巨大的经济损失。当前的广泛使用的预制装配式结构大多采用“仿现浇”的设计概念，即通过在预制构件的连接处后浇混凝土从而形成整体结构。这种施工方法由于需要在现场支护模板、浇筑等工艺，一定程度上削弱了预制装配式结构的施工速度快等优点。同时就整体结构体系而言，在抗震性能方面并没有明显的提升。形状记忆合金作为一种高性能金属材料，不仅具有的形状记忆特性和超弹性性能，还具有良好的疲劳性能和耐腐蚀性，这些年逐渐引起了地震工程研究者的重视。其超弹性性能使得构件在外力加卸载过程中形成旗帜型的滞回行为，不但能够消耗一定的地震能量，同时卸载后不存在或仅存在少量的残余变形。中国专利201510601928.X公开了一种钢筋混凝土框架抗震加固结构及其抗震加固方法，在紧贴每根钢筋混凝土框架外柱的外侧附加一根钢骨混凝土柱，钢骨混凝土柱下设有桩基础。钢骨混凝土柱的侧壁与钢筋混凝土框架外柱的侧壁之间，从柱顶开始通过若干均匀间隔布置的金属阻尼器连接，钢骨混凝土柱的柱脚通过在靠近销键处布置的四根预应力钢筋和摇摆装置与承台相连。这种加固方法解决了地震中钢筋混凝土框架未能实现“强柱弱梁”破坏机制的问题；金属阻尼器耗散地震能量，削减地震反应，震后可替换；通过后张预应力钢筋，使加固结构具有自复位能力，实现了结构在震后的快速可恢复功能。这种传统的自复位结构体系虽然也具有自复位能力，但是，结构相对比较复杂，装配较为麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，包括混凝土基础、安置在混凝土基础上的预制钢筋混凝土柱，以及分布在混凝土基础和预制钢筋混凝土柱的四周并连接两者的超弹性形状记忆合金螺杆，其中，在混凝土基础和预制钢筋混凝土柱的接触面上分别预埋基础顶面钢板和柱底钢板，在基础顶面钢板与柱底钢板之间还布置有抗剪元件。作为优选的实施方案，所述的超弹性形状记忆合金螺杆埋设在混凝土基础内，其底端穿过混凝土基础并锚固于混凝土基础底部，顶端穿过基础顶面钢板和柱底钢板，并锚固于柱底钢板上表面。作为上述优选的实施方案的更优选，所述的超弹性形状记忆合金螺杆外还套设有PVC管。这是为避免超弹性形状记忆合金螺杆与混凝土之间的粘结而一定程度上抑制螺杆的自由变形，因此需要采用无粘结措施，本专利技术优选在螺杆外围布置PVC管。所述柱底钢板的抗弯屈服承载力大于超弹性形状记忆合金螺杆的屈服承载力。作为优选的实施方案，所述的超弹性形状记忆合金螺杆的底端穿过所述柱底钢板和基础顶面钢板，并锚固在基础顶面钢板的底部，顶端与设置在预制钢筋混凝土柱上的钢连接件固定连接。作为上述优选的实施方案的更优选，所述的钢连接件的连接处加工成开口状；所述的混凝土基础内预留有供超弹性形状记忆合金螺杆的变形空间；所述钢连接件的抗弯屈服承载力大于超弹性形状记忆合金螺杆的屈服承载力。作为优选的实施方案，所述的预制钢筋混凝土柱的下部外围预埋约束钢板，该约束钢板与预制钢筋混凝土柱之间采用抗剪栓钉连接，其底部与柱底钢板焊接固定。作为上述优选的实施方案的更优选，所述的约束钢板与柱底钢板之间还设置有三角形加劲肋。作为优选的实施方案，所述的超弹性形状记忆合金螺杆加工成狗骨式结构，其在两端锚固于预制钢筋混凝土柱和混凝土基础前先施加有≤1％的预应变值。作为优选的实施方案，所述的柱底钢板底部预留有碗形空槽，在碗形空槽内安装有与其匹配的所述抗剪元件，该抗剪元件的顶部还内凹加工有螺栓槽，在螺栓槽内设置螺栓穿过抗剪元件并与基础顶面钢板固定。本专利技术的整个构件体系中，除了螺杆连接处的钢板和摇摆转动接触点的钢板上会出现局部应力集中外，其他部位均处于弹性状态。地震作用消失后，由于形状记忆合金的超弹性作用会使整个摇摆柱恢复到初始状态，结构无残余变形或存在很小可控的残余变形，结构实现自复位的效果。超弹性形状记忆合金螺杆所用的材料应具有超弹性特性，优先的选用镍钛基合金材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术所示的形状记忆合金自复位摇摆钢筋混凝土柱中，超弹性形状记忆合金螺杆处于轴向变形行为，有效地利用了形状记忆合金的超弹性能力。在地震作用中不但会起到消耗地震能量的作用，更重要的是震后没有或存在很小可控的残余变形，可以保证其震后使用功能不会中断，有效地避免了传统结构中显著的震后修复和加固的费用，是一种高性能结构体系。2)本专利技术构造简单，施工方便。利用形状记忆合金的材料特性，同时实现耗能和自复位功能。相对于传统的自复位结构体系(大多是后张预应力技术+耗能元件)来说，构造更为简单。钢筋混凝土柱采用工厂预制，现状螺栓拼装，有利于发挥预制装配式结构的优点。3)本专利技术设计灵活，适用范围广。可以通过改变超弹性形状记忆合金螺杆的初始预应变ε、长度L、直径d和螺杆个数等参数实现结构体系不同的初始刚度、承载力和变形能力，可以满足不同抗震设防类型的设计要求。附图说明图1为本专利技术实施例1的基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱的主视结构示意图；图2为本专利技术的实施例1所述构件的剖面图A-A；图3为本专利技术的超弹性形状记忆合金螺杆的结构示意图；图4为本专利技术的柱底钢板的横截面示意图；图5为本专利技术的抗剪元件的侧视示意图；图6为本专利技术的抗剪元件的主视示意图；图7为本专利技术的三角形加劲肋的结构示意图；图8为本专利技术实施例2的基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱的主视结构示意图；图9为本专利技术实施例2所述构件的剖面图B-B；图10为本专利技术的钢连接件的结构示意图；图中，1-预制钢筋混凝土柱，2-混凝土基础，3-超弹性形状记忆合金螺杆，31-PVC管，4-柱底钢板，5-基础顶面钢板，6-约束钢板，61-抗剪栓钉，62-加劲肋，7-抗剪元件，8-钢连接件。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术的基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，包括混凝土基础2、安置在混凝土基础2上的预制钢筋混凝土柱1，以及分布在混凝土基础2和预制钢筋混凝土柱1的四周并连接两者的超弹性形状记忆合金螺杆3，其中，在混凝土基础2和预制钢筋混凝土柱1的接触面上分别预埋基础顶面钢板5和柱底钢板4，在基础顶面钢板5与柱底钢板4之间还布置有抗剪元件7。作为一种优选的实施方式，超弹性形状记忆合金螺杆3埋设在混凝土基础2内，其底端穿过混凝土基础2并锚固于混凝土基础2底部，顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，其特征在于，包括混凝土基础(2)、安置在混凝土基础(2)上的预制钢筋混凝土柱(1)，以及分布在混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)的四周并连接两者的超弹性形状记忆合金螺杆(3)，其中，在混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)的接触面上分别预埋基础顶面钢板(5)和柱底钢板(4)，在基础顶面钢板(5)与柱底钢板(4)之间还布置有抗剪元件(7)。

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，其特征在于，包括混凝土基础(2)、安置在混凝土基础(2)上的预制钢筋混凝土柱(1)，以及分布在混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)的四周并连接两者的超弹性形状记忆合金螺杆(3)，其中，在混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)的接触面上分别预埋基础顶面钢板(5)和柱底钢板(4)，在基础顶面钢板(5)与柱底钢板(4)之间还布置有抗剪元件(7)。2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，其特征在于，所述的超弹性形状记忆合金螺杆(3)埋设在混凝土基础(2)内，其底端穿过混凝土基础(2)并锚固于混凝土基础(2)底部，顶端穿过基础顶面钢板(5)和柱底钢板(4)，并锚固于柱底钢板(4)上表面。3.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，其特征在于，所述的超弹性形状记忆合金螺杆(3)外还套设有PVC管(31)。4.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，其特征在于，所述柱底钢板(4)的抗弯屈服承载力大于超弹性形状记忆合金螺杆(3)的屈服承载力。5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金的自复位摇摆钢筋混凝土柱，其特征在于，所述的超弹性形状记忆合金螺杆(3)的底端穿过所述柱底钢板(4)和基础顶面钢板(5)，并锚固在基础顶面钢板(5)的底部，顶端与设置在预制钢筋混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，蒋欢军，和留生，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31