CN112302186A - 一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，该装置主要由上座板、下座板、聚四氟乙烯圆弧板和钢滚轴组成。下座板的上表面设置有长条形圆弧凹槽，聚四氟乙烯圆弧板固定安装在长条形圆弧凹槽内，钢滚轴放置在聚四氟乙烯圆弧板上，分别与聚四氟乙烯圆弧板和上座板形成滑动和滚动接触，上座板通过焊接锚筋与结构顶梁一同浇注形成预埋钢板固定于顶梁底面。圆弧凹槽滚轴摩擦支座实现了地下地铁车站支撑柱与顶梁之间的水平相对运动，放开节点水平约束可大大减小地震作用下支撑柱的相对水平变形。本发明竖向承载力强，钢滚轴不易损坏，易于生产，便于安装和维修，使用寿命长。

Description

一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座
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地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座。
背景技术
随着城市建设的不断发展，城市规模不断扩大，人口也日益聚集和增多，城市交通问题成为制约城市全方位发展的“瓶颈”。开发和利用地下空间则是缓解城市生态环境压力、挑战生存空间的一种重要方式，己成为众所关心的热点。发展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。我国地下空间的开发利用前景广阔，未来地下结构建设将得到进一步的迅猛发展。
我国地处环太平洋地震带上，地震活动非常频繁，据历史记载，全国除个别省市外，都发生过6级以上地震。绝大部分地震属浅源地震，强度大，地震区中的大、中城市居多。一旦发生强烈地震，地下结构可能出现严重震害，不仅严重影响了震后应急救灾，而且修复困难，严重影响周围建筑结构物的安全以及地表交通的正常运行，经济损失十分巨大。因此，地下结构的抗震安全将面临着严峻的挑战。1995年，里式7.2级的日本阪神地震中，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。甚至出现大开地铁车站完全塌毁的情况，成为世界地震史上大型地下结构在地震中遭受塌毁破坏的首例。大开车站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。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了不同程度的损伤破坏。相关研究表明水平与竖向地震动的共同作用导致了大开车站的严重塌毁，而竖向地震动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，竖向地震动可能使得上覆土体剪切破坏成为呆重全部作用于结构顶板上，中柱承受过高的竖向荷载作用导致中柱轴压比显著增大，而其抗剪切变形能力明显减弱，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，中柱和侧墙的变形不协调，使得中柱先于侧墙遭到破坏，进而导致顶板以及地下结构体系的整体塌毁。
本发明基于地下地铁车站的震害特点以及地下地铁车站的破坏机理，提出一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，以替代传统地下地铁车站的传统现浇固结梁柱节点。通过在下座板内设置长条形圆弧凹槽，一方面可以限制钢滚轴水平位移，另一方面有利于支撑柱的受压稳定，保证了圆弧凹槽滚轴摩擦支座的工作性能。地震作用下圆弧凹槽滚轴摩擦支座的上、下座板可通过克服钢滚轴的滚动和滑动摩擦阻力实现自由水平相对运动，放开梁柱节点水平约束，改变了结构的抗侧力体系，使得地震作用下地下地铁车站结构的水平变形不直接由支撑柱承担，即在保证支撑柱竖向承载能力的基础上较大程度地减小了结构支撑柱的相对水平变形，从而保证了地震过程中地下结构关键支撑构件的安全性能，很大程度上减轻地下地铁车站在地震中可能出现的破坏。
发明内容
本发明提供了一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，该装置在保证车站支撑柱竖向承载能力的基础上，可减小支撑柱在地震作用下的水平变形，从而减轻地下地铁车站结构震害和改善其整体抗震性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，该装置由上座板、下座板、聚四氟乙烯圆弧板和钢滚轴组成。所述下座板通过焊接锚筋与结构支撑柱一同浇筑固定于支撑柱柱顶，所述下座板的上表面设置有长条形圆弧凹槽，所述聚四氟乙烯圆弧板固定安装在长条形圆弧凹槽内，所述钢滚轴放置在聚四氟乙烯圆弧板上，分别与所述聚四氟乙烯圆弧板和所述上座板形成滑动和滚动接触，所述上座板通过焊接锚筋与结构顶梁一同浇注形成预埋钢板固定于顶梁底面。
进一步地，所述下座板通过焊接锚筋与结构支撑柱一同浇筑固定于支撑柱柱顶。
进一步地，所述长条形圆弧凹槽纵向长度小于下座板纵向长度，且两端封闭，用于限制所述钢滚轴沿支座纵向滑出。
进一步地，所述聚四氟乙烯圆弧板外表面与所述长条形圆弧凹槽圆弧面贴合，且所述聚四氟乙烯圆弧板采用改性聚四氟乙烯材料，具有低摩擦系数、耐磨耗、耐高温和压缩稳定的特性。
进一步地，所述长条形圆弧凹槽和所述聚四氟乙烯圆弧板的圆弧均由半圆以及与半圆两端点相切的小尺寸直线段构成，即所述聚四氟乙烯圆弧板与所述钢滚轴不完全贴合，有利于钢滚轴的转动。
进一步地，所述钢滚轴两端面为半球面，与长条形圆弧凹槽两端平面形成点接触，可减小钢滚轴的摩擦阻力。
进一步地，所述上座板通过焊接锚筋与结构顶梁一同浇注形成预埋钢板固定于顶梁底面。
本发明的工作机理是：上述用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座固定安装在顶梁和支撑柱之间。正常使用状态下，通过在下座板内设置长条形圆弧凹槽，一方面可以限制钢滚轴水平位移，另一方面有利于支撑柱的受压稳定，可防止支撑柱出现较大偏压损伤，保证了圆弧凹槽滚轴摩擦支座的正常工作性能。此外，通过设置具有较小摩擦系数的聚四氟乙烯圆弧板及添加润滑剂，可减小钢滚轴的滚动摩擦阻力从而改善其摩擦性能。当地震作用时，圆弧凹槽滚轴摩擦支座能够承受上部结构自重和竖向地震作用，并通过钢滚轴的滚动实现地下地铁车站支撑柱与横梁的水平相对运动，使得水平地震作用下结构周围土体施加于地铁车站结构的水平向的相对变形不直接由支撑柱承担。也就是说，较传统地铁车站而言，通过设置该圆弧凹槽滚轴摩擦支座，释放了梁柱节点水平约束，改变了结构的抗侧力体系，在保证支撑柱竖向承载能力的基础上较大程度地减小了结构支撑柱的相对水平变形，从而保证了地震过程中地下结构关键支撑构件的安全性能，大大减轻地下地铁车站在地震中可能出现的破坏。
本发明的优点在于：设置带凹槽的圆弧凹槽滚轴摩擦支座具有较好的受压稳定性及较高的竖向承载力，在长期上覆土体的压力作用下能够保持正常的使用状态。地震作用下，通过钢滚轴的滚动实现了地下地铁车站支撑柱与横梁的水平相对运动，即在保证支撑柱竖向承载能力的基础上较大程度地减小了结构支撑柱的相对水平变形，从而保证了地震过程中地下结构关键支撑构件的安全性能，大大减轻地下地铁车站在地震中可能出现的破坏。相比于传统的滑板支座，该支座具有较高的竖向承载力及较小的滚动摩擦阻力，更适用于承受较大竖向压力的地下地铁车站结构并有利于支撑柱的减震。本发明概念清晰，原理明确，且支座的竖向承载力强，工作性能优良，易于生产，便于维修，使用寿命长。
附图说明
图1为用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座示意图。
图2为下座板俯视图。
图3为下座板正视图。
图4为钢滚轴侧视图。
图5为聚四氟乙烯圆弧板三维图。
图中：1、上座板，2、下座板，3、长条形圆弧凹槽，4、聚四氟乙烯圆弧板，5、钢滚轴，6、锚筋，7、顶梁，8、支撑柱。
具体实施方式
如图1所示，一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，该圆弧凹槽滚轴摩擦支座主要由上座板(1)、下座板(2)、聚四氟乙烯圆弧板(4)和钢滚轴(5)组成。
所述下座板(2)下表面焊接所述锚筋(6)，通过混凝土浇注固定在结构支撑柱(8)柱顶，所述下座板(2)的上表面设置有长条形圆弧凹槽(3)，所述聚四氟乙烯圆弧板(4)固定安装在长条形圆弧凹槽(3)内，所述钢滚轴(5)放置在聚四氟乙烯圆弧板(4)内，分别与所述聚四氟乙烯圆弧板(4)和所述上座板(1)形成滑动和滚动接触，所述上座板(1)上表面焊接所述锚筋(6)，与结构顶梁(7)一同浇注形成预埋钢板固定在结构顶梁(7)底面。
本实例中，所述下座板(2)下表面焊接所述锚筋(6)，与支撑柱(8)一同浇注固定在支撑柱(8)顶面。
本实例中，所述长条形圆弧凹槽(3)纵向长度小于所述下座板(2)纵向长度，且两端封闭，用于限制所述钢滚轴(5)沿支座纵向滑出。
本实例中，所述聚四氟乙烯圆弧板(4)外表面与所述长条形圆弧凹槽(3)圆弧面贴合，且所述聚四氟乙烯圆弧板(4)采用改性聚四氟乙烯材料，具有低摩擦系数、耐磨耗、耐高温和压缩稳定的特性。
本实例中，所述长条形圆弧凹槽(3)和所述聚四氟乙烯圆弧板(4)的圆弧均由半圆以及与半圆两端点相切的小尺寸直线段构成，即所述聚四氟乙烯圆弧板(4)与所述钢滚轴(5)不完全贴合，有利于所述钢滚轴(5)的转动。
本实例中，所述钢滚轴(5)两端面为半球面，与所述长条形圆弧凹槽(3)两端平面形成点接触，可减小钢滚轴摩擦。
本实例中，所述上座板(1)上表面焊接所述锚筋(6)，与结构顶梁(7)一同浇注形成预埋钢板固定在结构顶梁(7)底面。

Claims (7)

1.一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，包括上座板、下座板、聚四氟乙烯圆弧板和钢滚轴；所述下座板通过焊接锚筋与结构支撑柱一同浇筑固定于支撑柱柱顶；所述下座板的上表面设置有长条形圆弧凹槽；所述聚四氟乙烯圆弧板固定安装在长条形圆弧凹槽内；所述钢滚轴放置在所述聚四氟乙烯圆弧板上，分别与所述聚四氟乙烯圆弧板和所述上座板形成滑动和滚动接触；所述上座板通过焊接锚筋与结构顶梁一同浇注形成预埋钢板固定于顶梁底面。
2.根据权利要求1所述的一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，所述下座板通过焊接锚筋与结构支撑柱一同浇筑固定于支撑柱柱顶。
3.根据权利要求1所述的一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，所述长条形圆弧凹槽纵向长度小于下座板纵向长度，且两端封闭，用于限制所述钢滚轴沿支座纵向滑出。
4.根据权利要求1所述的一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，所述聚四氟乙烯圆弧板外表面与所述长条形圆弧凹槽圆弧面贴合，且所述聚四氟乙烯圆弧板采用改性聚四氟乙烯材料。
5.根据权利要求1、3或4所述的一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，所述长条形圆弧凹槽和所述聚四氟乙烯圆弧板的圆弧均由半圆以及与半圆两端点相切的小尺寸直线段构成，即所述聚四氟乙烯圆弧板与所述钢滚轴不完全贴合，有利于钢滚轴的转动。
6.根据权利要求1所述的一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，所述钢滚轴两端面为半球面，与长条形圆弧凹槽两端平面形成点接触，可减小钢滚轴的摩擦阻力。
7.根据权利要求1所述的一种用于地下地铁车站支撑柱的圆弧凹槽滚轴摩擦支座，其特征在于，所述上座板通过焊接锚筋与结构顶梁一同浇注形成预埋钢板固定于顶梁底面。
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