CN112302187B - 一种用于地下地铁车站支撑柱的滚动摩擦支座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于地下地铁车站支撑柱的滚动摩擦支座,该支座主要由下连接板、下座板、不锈钢圆弧板、滚珠、钢棒、上座板、上连接板和防尘罩组成。下连接板固定在下座板的下端面,不锈钢圆弧板固定安装在半圆柱凹槽内,并设置若干长条形凹槽,钢棒与滚珠和上座板形成滚动接触,防尘罩内嵌在固定插槽内,与上座板形成密闭空间,下座板内部设置有连接通道,连接通道将长条形凹槽和注油孔连通,上连接板固定在上座板的上端面。滚动摩擦支座实现了地下地铁车站支撑柱与横梁的自由滑动,减小了地震作用下支撑柱的相对水平变形。本发明概念清晰,原理明确,且竖向承载力强,易于生产,便于维修,使用寿命长。
Description
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滚动摩擦支座。
背景技术
随着世界各国城市化进程的不断推进,城市规模不断扩大,由此带来的人口聚集、交通拥挤、环境污染、资源短缺等问题日益突出。开发和利用地下空间则成为缓解城市生态环境压力、挑战生存空间的一种重要方式,己日益成为众所关心的热点。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各个领域得到了广泛的应用。实践表明,21世纪是地下空间开发利用的世纪,而且目前地下空间的开发和地下结构的建设已经在世界范围内进入了快速发展的高峰期。
我国地处世界两大地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位,是世界上最大的一个大陆浅源强震活动区。地震活动区分布广泛且地震频发,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,因震害造成的经济损失和人员伤亡巨大。而已建成的地铁车站和区间隧道大多数位于强震区,且尚未经受过强烈地震的考验。结合以往地下结构震害经验,地下铁道系统属于大断面城市地下工程,一旦遭受强烈地震发生破坏,修复难度大,并将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,同时严重威胁人民生命和财产安全。因此,地下结构的抗震安全也成为了国家近期面临的重大工程建设关键科技需求之一。
考虑到周围岩土介质约束和地震动随埋深减小等因素,人们以往认为地下结构的抗震性能远好于地上结构。因此,地下结构的抗震安全问题在很长一段时间内没有得到足够重视,在早期已经建成的地下结构中大多数未进行抗震设计。但近年来的震害调查显示:地下结构同样面临着地震带来的威胁。尤其是1995年日本阪神地震中,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。相关研究表明,竖向关键支撑柱是地下框架结构的抗震薄弱环节,在水平及竖向地震共同作用下,已剪切破坏的上覆土体竖向惯性效应增强,显著增大了支撑柱的动态轴压比,从而极大地削弱了其抗剪切变形能力,先于侧墙发生破坏,致使顶板坍塌,最终造成结构体系的整体塌毁破坏。由此可见,不同于地上结构,地下结构的动力响应主要受围岩土体变形的影响,通过减小结构自振频率及增大结构阻尼的减震控制理念对减轻地下结构地震响应的效果欠佳,决定地下结构抗震安全性的关键取决于周围土层变形大小和结构变形能力。
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滚动摩擦支座,以替代传统地下地铁车站的传统现浇固结梁柱节点。通过设置矩形框条防尘罩和注油孔,阻止下基板内油脂外泄和外界灰尘进入,并保证了滚珠的自由滑动,可延长滚动摩擦支座使用寿命和维持其正常的工作性能。地震作用下滚动摩擦支座的上、下座板可通过钢棒和滚珠的滚动摩擦实现自由滑动,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,减小了中柱所受的水平外力,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。
发明内容
本发明提供了一种用于地下地铁车站支撑柱的滚动摩擦支座,该滚动摩擦支座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滚动摩擦支座,该滚动摩擦支座主要由下连接板、下座板、不锈钢圆弧板、滚珠、钢棒、上座板、上连接板和防尘罩组成。所述下连接板固定在所述下座板的下端面,所述下座板的上表面设置有固定插槽、半圆柱凹槽和注油孔,所述不锈钢圆弧板固定安装在半圆柱凹槽内,且内设多条长条形凹槽,所述长条形凹槽内设置有滚珠,所述钢棒与所述滚珠和所述上座板形成滚动接触,所述防尘罩内嵌在固定插槽内,与所述上座板形成密闭空间,所述下座板内部设置有连接通道,连接通道将所述长条形凹槽和所述注油孔连通,所述上连接板固定在所述上座板的上端面。
进一步地,所述半圆柱凹槽纵向长度小于下座板纵向长度,即两端面封闭,用于限制所述钢棒沿支座纵向滑出。
进一步地,所述不锈钢圆弧板外表面与所述半圆柱凹槽重合,所述不锈钢圆弧板内部设置的所述长条形凹槽为沿半圆弧等距且纵向平行排列的贯通条形凹槽。
进一步地,所述长条形凹槽截面为圆弧形,圆弧半径略大于所述滚珠半径,保证滚珠在长条形凹槽内自由滑动。
进一步地,所述防尘罩为矩形薄板框,其高度高于所述固定插槽,并且所述半圆柱凹槽位于所述防尘罩所围区域内,用于防止阻止灰尘进入,延长滚珠使用寿命。
进一步地,所述连接通道将所述注油孔和所述不锈钢圆弧板内最上端的两个长条形凹槽连通,润滑剂通过所述注油孔和所述连接通道注入长条形凹槽,保证所述滚珠在所述长条形凹槽内的自由滑动。
进一步地,所述钢棒两端面为椭圆弧面,与半圆柱凹槽两端平面由面接触改为点接触,可减小滚动摩擦。
本发明的工作机理是:上述用于地下地铁车站支撑柱的滚动摩擦支座通过螺栓安装于地铁车站结构的横梁和支撑柱之间。正常使用状态下,由固定插槽和防尘罩形成的密闭空间,可防止灰尘进入长条形凹槽内与滚珠接触,保证了滚动摩擦支座的正常工作性能。此外,通过设置连接通道和注油孔,方便润滑剂的施加从而改善该支座的滚动摩擦性能。当地震作用时,滚动摩擦支座能够承受上部结构自重和竖向地震作用,并通过钢棒和滚珠的滚动摩擦实现地下地铁车站支撑柱与横梁的自由水平滑动,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,通过设置该滚动摩擦支座,释放了梁柱节点水平约束,改变了结构的抗侧力体系,减少了中柱在地震中所受的水平外力,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:通过设置固定插槽和矩形框条防尘罩,可阻止外界灰尘进入密闭空间内与滚珠接触,延长滚动摩擦支座使用寿命。下座板内设置连接通道和注油孔,方便添加润滑剂,保证了滚珠的自由滑动并减小了滚动摩擦阻力。地震作用下,通过钢棒和长条形凹槽内滚珠的滚动接触实现了地下地铁车站支撑柱与横梁的自由水平滑动,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。相比于滑动摩擦支座,滚动摩擦支座以其更小的滚动摩擦阻力和更高的竖向承载能力,可以起到对地铁车站支撑柱更好的减震效果。本发明概念清晰,原理明确,且竖向承载力强,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滚动摩擦支座示意图。
图2为下座板俯视图。
图3为下基板正视图。
图4为不锈钢圆弧板正视图。
图5为不锈钢圆弧板三维图。
图6为钢棒侧视图。
图中:1、下连接板,2、下座板,3、不锈钢圆弧板,4、滚珠,5、钢棒,6、上座板,7、上连接板,8、防尘罩,9、固定插槽,10、半圆柱凹槽,11、长条形凹槽,12、连接通道,13、注油孔。
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滚动摩擦支座,其特征在于,该滚动摩擦支座主要由下连接板(1)、下座板(2)、不锈钢圆弧板(3)、滚珠(4)、钢棒(5)、上座板(6)、上连接板(7)、和防尘罩(8)组成。
所述下连接板(1)固定在所述下座板(2)的下端面,所述下座板(2)的上表面设置有固定插槽(9)、半圆柱凹槽(10)和注油孔(13),所述不锈钢圆弧板(3)固定安装在半圆柱凹槽(10)内,且内设多条长条形凹槽(11),所述长条形凹槽(11)内设置有滚珠(4),所述钢棒(5)与所述滚珠(4)和所述上座板(6)形成滚动接触,所述防尘罩(8)内嵌在固定插槽(9)内,与所述上座板形成密闭空间,所述下座板(1)内部设置有连接通道(12),连接通道(12)将所述长条形凹槽(11)和所述注油孔(13)连通,所述上连接板(7)固定在所述上座板(6)的上端面。
本实例中,所述半圆柱凹槽(10)纵向长度小于所述下座板(2)纵向长度,即两端面封闭,用于限制所述钢棒(5)沿支座纵向滑出。
本实例中,所述不锈钢圆弧板(3)外表面与所述半圆柱凹槽(10)重合,所述不锈钢圆弧板(3)内部设置的所述长条形凹槽(11)为沿半圆弧等距且纵向平行排列的贯通条形凹槽。
本实例中,所述长条形凹槽(11)截面为圆弧形,圆弧半径略大于所述滚珠(4)半径,保证所述滚珠(4)在所述长条形凹槽(11)内自由滑动。
本实例中,所述防尘罩(8)为矩形薄板框,其高度高于所述固定插槽(9),并且所述半圆柱凹槽(10)位于所述防尘罩(8)所围区域内,用于防止阻止灰尘进入,延长所述滚珠(4)的使用寿命。
本实例中,所述连接通道(12)将所述注油孔(13)和所述不锈钢圆弧板(3)内最上端的两个长条形凹槽连通,润滑剂通过所述注油孔(13)和所述连接通道(12)注入长条形凹槽内,保证所述滚珠(4)在所述长条形凹槽(11)内的自由滑动。
本实例中,所述钢棒(5)两端面为椭圆弧面,与所述半圆柱凹槽(10)两端平面由面接触改为点接触,可减小滚动摩擦。
Claims (2)
1.一种用于地下地铁车站支撑柱的滚动摩擦支座,其特征在于,由下连接板、下座板、不锈钢圆弧板、滚珠、钢棒、上座板、上连接板和防尘罩组成;所述下连接板固定在所述下座板的下端面;所述下座板的上表面设置有固定插槽、半圆柱凹槽和注油孔;所述不锈钢圆弧板固定安装在半圆柱凹槽内,且内设多条长条形凹槽,所述长条形凹槽内设置有滚珠;所述钢棒与所述滚珠和所述上座板形成滚动接触;所述防尘罩内嵌在固定插槽内,与所述上座板形成密闭空间;所述下座板内部设置有连接通道,连接通道将所述长条形凹槽和所述注油孔连通;所述上连接板固定在所述上座板的上端面;
所述半圆柱凹槽纵向长度小于下座板纵向长度,即两端面封闭,用于限制所述钢棒沿支座纵向滑出;
所述不锈钢圆弧板外表面与所述半圆柱凹槽贴合,所述不锈钢圆弧板内部设置的所述长条形凹槽为沿半圆弧等距且纵向平行排列的若干个贯通条形凹槽;
所述长条形凹槽截面为圆弧形,圆弧半径大于所述滚珠半径;
所述防尘罩为矩形薄板框,其高度高于所述固定插槽,并且所述半圆柱凹槽位于所述防尘罩所围区域内;
所述连接通道将所述注油孔和所述不锈钢圆弧板内最上端的两个长条形凹槽连通,润滑剂通过所述注油孔和所述连接通道注入长条形凹槽,所述滚珠能够在所述长条形凹槽内的自由滑动。
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滚动摩擦支座,其特征在于,所述钢棒两端面为椭圆弧面,与半圆柱凹槽两端平面由面接触改为点接触,减小滚动摩擦。
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