一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱制造技术

本发明专利技术公开了一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，该叠层分体柱由预制钢筋混凝土柱段、预应力钢棒、X型连接件、外包薄钢板、预留连接钢筋和预留高强螺栓组成。预制钢筋混凝土柱段截面预留串接空心孔，与梁连接段预留出头钢筋，相邻两侧面设置预留高强螺栓。预制钢筋混凝土柱段之间通过所述预应力钢棒串接形成剪跨比较大的分体柱。X型连接件通过所述预留高强螺栓将相邻面预制钢筋混凝土柱段相连。所述外包钢板外粘贴于所述预制混凝土段的外侧，将所串接而成并两两相连的分体柱及其之间的连接缝隙整体包囊，以保证叠层分体柱正常使用状态的功能性。本发明专利技术可应用于地下结构关键部位，提升结构的整体抗震性能。

A Prefabricated Laminated Column for X-Connection of Underground Structures

The invention discloses a precast laminated split column for X-type connection of underground structure, which is composed of precast reinforced concrete column section, pre-stressed steel bar, X-type connector, wrapped thin steel plate, reserved connecting steel bar and reserved high-strength bolt. Prefabricated reinforced concrete column section reserved Series hollow holes, beam connection section reserved head steel bar, adjacent sides reserved high-strength bolts. The prefabricated reinforced concrete column sections are connected in series by the prestressing steel bars to form split columns with larger shear span. The X-type connector connects the precast reinforced concrete column section of the adjacent surface through the reserved high-strength bolt. The outer wrapping steel plate is pasted on the outer side of the precast concrete section, and the separated columns connected in series and the joint gap between them are encapsulated as a whole to ensure the functionality of the laminated separated columns in normal service state. The invention can be applied to key parts of underground structure to improve the overall seismic performance of the structure.

【技术实现步骤摘要】
一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱
本专利技术涉及地下结构工程建设领域，尤其是涉及一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，属于预制装配式地铁车站抗震

技术介绍
目前，世界上大多数城市都建设了包括地铁网络，综合管廊，地下商场等在内的各种地下结构设施，这些地下结构工程在国民经济中各个领域得到了广泛的应用，极大地缓解了城市地上土地资源稀缺的问题。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。1995年，日本阪神发生里氏7.2级地震，大开地铁车站在这次强震中35根中柱产生了严重破坏，总长约110m范围完全坍塌，车站顶板在离中柱左右两侧各1.75m-2m处被折弯，整体断面变成M型，上方地面最大塌陷约2.5m。除此之外，阪神地震也对三宫车站，神泽站，新田站等车站的三百余根柱子造成不同程度的损伤破坏。相关研究表明水平与竖地震动的共同作用导致了大开车站的严重塌毁，竖向地震动使得上覆土体剪切破坏成为呆重全部作用于结构顶板上，并且绝大部分的动荷载转移至构件中柱截面，中柱所承受的轴压比迅速增大，变形能力减弱，在水平地震动作用下发生剪切破坏。上述的震害现象与研究说明了地铁车站结构的抗震性能取决于关键构件的侧向变形能力，而上覆土体竖向压力的增大实际上改变了支撑构件的轴压比，从而改变构件的剪切强度与变形能力。同时，结构内支撑构件的轴压比的变化却并不一致，对于箱形地铁车站而言，中柱轴压比的变化要远远高于侧墙，这就使得中柱在其自身侧向变形能力降低的同时，却又承担了更多的水平剪切力，进而诱发中柱先于侧墙发生破坏，致使整体坍塌。本专利技术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X型连接预制叠层分体柱，以替代传统地下结构中的普通现浇钢筋混凝土柱。即采用X型连接件将承受较大轴压作用的柱子分隔成若干个小柱的组合体，并且在水平方向上再切分成若干个柱段，通过预应力钢棒串接，以增加其水平侧移能力，叠加而成每个小柱的剪跨比较大，进一步提高了柱子的抗震性能。正常使用状态下，由外包薄钢板将预制钢筋混凝土柱及其之间的X型连接整体包裹，以保证分体柱的正常使用。当地震作用时，首先被破坏的是外包薄钢板，随后在垂直方向上相接的两预制钢筋混凝土柱段发生一定的滑动，水平方向上相邻面的预制钢筋混凝土柱的相对变形可带动X型连接件的相对变形，并且耗散部分地震能量，在上述变形机制下，柱子的延性与耗能性得到极大的提高。用于地下结构X型连接预制叠层分体柱将短柱或超短柱的脆性剪切破坏转变为分体柱的延性破坏，并结合了叠层柱的优点，使地下结构关键构件的抗震性能得以显著提高。
技术实现思路
本专利技术公开了一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，该叠层分体柱在地震作用下能承受较大的上覆土体惯性力，同时也提升高轴压比下分体柱的侧向变形能力，从而减轻地下结构的地震灾害。为解决上技术问题，本专利技术提供一种用于地下结构X型连接预制叠层分体柱，该叠层分体柱由预制钢筋混凝土柱段、预应力钢棒、预留连接钢筋、预留高强螺栓、X型连接件和外包薄钢板组成。进一步地，所述预制钢筋混凝土柱段为常规设计的钢筋混凝土柱，柱体预留串接孔，相邻两侧面预留高强螺栓，与梁连接柱体设置预留连接钢筋。进一步地，所述的预应力钢棒与预留串接孔将预制混凝土柱段串接成整体，形成分体柱。进一步地，所述的预留连接钢筋将串接形成的分体柱与地下结构顶梁或底梁相接，形成可靠整体。进一步地，所述的X型连接件由低屈服点的软钢制成，形成“X”型，四角预留螺栓孔。进一步地，所述的X型连接件通过所述预留高强螺栓安装于所述相邻预制钢筋混凝土柱之间，将预制钢筋混凝土柱段在水平高度上两两相连。进一步地，所述外包薄钢板由薄钢板材组成，外贴于所述预制钢筋混凝土柱外侧，将所串接而成并两两相连的分体柱及其之间的连接缝隙整体包囊。本专利技术的工作机理是：上述用于地下结构X型连接预制叠层分体柱通过预埋在钢筋混凝土柱顶底部的连接钢筋安装于地下结构关键部位代替普通现浇钢筋混凝土柱。正常使用状态下，由外包薄钢板将预制钢筋混凝土柱及其之间的X型连接整体包裹，以保证分体柱的正常使用。当地震作用时，首先被破坏的是外包薄钢板，随后在垂直方向上相接的两预制钢筋混凝土柱段发生一定的滑动，水平方向上相邻面的预制钢筋混凝土柱的相对变形可带动X型连接件的相对变形，并且耗散部分地震能量，在上述变形机制下，柱子的延性与耗能性得到极大的提高。地下结构采用X型连接预制叠层分体柱能承受和传统现浇整体钢筋混凝土柱相近的竖向向荷载，同时X型连接件可为高轴压作用下的预制分体柱提供较大的侧向变形能力，从而保证了地震中地下结构关键构件中柱的安全性能，大大减轻地下结构在地震中可能出现的破坏。本专利技术的优点在于：首先通过预应力钢棒与X型连接件将预制钢筋混凝土柱段连接形成常见的混凝土柱，再通过外包薄钢板将钢筋混凝土柱及其之间的X型连接整体包裹，以保证分体柱在正常使用状态下的工作性能。地震作用下该外包薄钢板首先被破坏，随后预制钢筋混凝土柱段可在垂直方向上发生相对滑动，并在水平方向上带动X型连接件一起发生相对变形，极大的提高了自身的变形能力。地下结构X型连接预制叠层分体柱在承受较大竖向荷载的同时，又具有较高的侧向变形能力，从而保证了地震中地下结构关键构件中柱的安全性能，大大减轻地下结构在地震中可能出现的破坏。本专利技术概念清晰，原理明确，易于生产，便于维修。附图说明图1为一种用于地下结构X型连接预制叠层俯视图。图2为一种用于地下结构X型连接预制叠层正视图。图3为预制钢筋混凝土柱段三维图。图4为X型连接件三维图。图5为外包薄钢板三维图。图中：1、预制钢筋混凝土柱段，2、预应力钢棒，3、预留连接钢筋，4、预留高强螺栓，5、X型连接件，6、外包薄钢板。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。如图1-5所示，一种提高地下框架结构体系抗震性能的X型连接预制叠层分体柱，其特征在于：预制钢筋混凝土柱段(1)、串接柱段的预应力钢棒(2)、预留连接钢筋(3)、预留高强螺栓(4)、X型连接件(5)和外包薄钢板(6)；所述预制钢筋混凝土柱段(1)之间通过串联空心柱段的预应力钢棒(2)串接形成柱体；所述预留连接钢筋(3)由所述预制钢筋混凝土柱段(1)纵向钢筋在顶(底)面延伸部分，与地下结构梁相接形成可靠整体；所述预留高强螺栓(4)通过所述X型连接件(5)相接，将相邻面预制钢筋混凝土柱段(1)相连；所述外包钢板(6)粘贴于所述串接形成的分体柱的外侧，将所串接而成并两两相连的分体柱及其之间的连接缝隙整体包囊。本实例中，所述预制钢筋混凝土柱段(1)为普通钢筋混凝土柱，其可按相应尺寸在钢筋混凝土构件加工厂预制，并运输至现场进行拼装。本实例中，所述预制钢筋混凝土柱段(1)在预制过程中，截面上预留串接孔，大小与预应力钢棒匹配。本实例中，所述预制钢筋混凝土柱段(1)在预制过程中，在钢筋笼上焊接10cm左右的高强螺栓，待混凝土浇筑完成后，高强螺栓伸出预制钢筋混凝土柱侧面长度不宜小于5cm，作为预留高强螺栓(4)。本实例中，所述预制钢筋混凝土柱段(1)在预制过程中，与梁连接的柱段纵向钢筋全部伸出，伸出长度不宜小于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高地下框架结构体系抗震性能的X型连接预制叠层分体柱，其特征在于：该叠层分体柱由预制钢筋混凝土柱段(1)、串接柱段的预应力钢棒(2)、预留连接钢筋(3)、预留高强螺栓(4)、X型连接件(5)和外包薄钢板(6)；所述预制钢筋混凝土柱段(1)之间通过串联空心柱段的预应力钢棒(2)串接形成柱体；所述预留连接钢筋(3)由所述预制钢筋混凝土柱段(1)纵向钢筋在顶面或底面延伸部分，与地下结构梁相接形成可靠整体；所述预留高强螺栓(4)通过所述X型连接件(5)相接，将相邻面预制钢筋混凝土柱段(1)相连；所述外包钢板(6)粘贴于所述串接形成的分体柱的外侧，将所串接而成并两两相连的分体柱及其之间的连接缝隙整体包囊。

【技术特征摘要】
1.一种提高地下框架结构体系抗震性能的X型连接预制叠层分体柱，其特征在于：该叠层分体柱由预制钢筋混凝土柱段(1)、串接柱段的预应力钢棒(2)、预留连接钢筋(3)、预留高强螺栓(4)、X型连接件(5)和外包薄钢板(6)；所述预制钢筋混凝土柱段(1)之间通过串联空心柱段的预应力钢棒(2)串接形成柱体；所述预留连接钢筋(3)由所述预制钢筋混凝土柱段(1)纵向钢筋在顶面或底面延伸部分，与地下结构梁相接形成可靠整体；所述预留高强螺栓(4)通过所述X型连接件(5)相接，将相邻面预制钢筋混凝土柱段(1)相连；所述外包钢板(6)粘贴于所述串接形成的分体柱的外侧，将所串接而成并两两相连的分体柱及其之间的连接缝隙整体包囊。2.根据权利要求1所述的一种提高地下框架结构体系抗震性能的X型连接预制叠层分体柱，其特征在于：预制钢筋混凝土柱段(1)为普通钢筋混凝土柱，按相应尺寸在钢筋混凝土构件加工厂预制，并运输至现场进行拼装。3.根据权利要求1所述的一种提高地下框架结构体系抗震性能的X型连接预制叠层分体柱，其特征在于：预制钢筋混凝土柱段(1)在预制过程中，截面上预留串接孔，大小与预应力钢棒匹配。4.根据权利要求1所述的一种提高地下框架结构体系抗震性能的X型连接预制叠层分体柱，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜修力，蒋家卫，刘迪，许紫刚，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11