CN112523579B - 一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，属于地下结构抗震技术领域。用于减小输入地下结构的地震能量、地震反应与残余变形，提高地下结构的抗震能力，同时实现震后地震结构功能的快速恢复，包括围护结构、地下结构、预埋件、阻尼器和隔震支座。围护结构分布在地下结构两侧，地下结构与围护结构之间为肥槽，地下结构底板与土体之间设置隔震支座，围护结构和地下结构侧墙上设置有预埋件，围护结构和地下结构侧墙之间通过预埋件连接阻尼器，阻尼器水平布置，阻尼器间距与参数取决于围岩土体水平刚度和地下结构容许最大变形。本发明形式简单，符合地下结构抗震韧性的理念。

Description

一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系

技术领域

本发明涉及一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，属于地下结构抗震技术领域。

背景技术

目前我国正在进行大规模的城市空间开发与建设，以地铁为代表的城市地下结构建设取得了突飞猛进的进展。历史震害表明，在地震过程中，地下结构上覆土体的重力与竖向惯性力引起结构中柱轴压比显著增大、侧向变形能力降低，中柱容易因侧向变形能力不足而发生破坏，进而导致结构整体塌毁。地下结构赋存于土体中，其地震反应受围岩土体变形的约束，因此，减小结构地震反应的关键在于减小作用于地下结构的水平变形。传统的地下结构减隔震控制措施，主要是通过减小结构中柱侧向变形，或提高中柱侧向变形能力实现，主要关注了地下结构的抗震性能，而忽视了震后结构功能的恢复性能。韧性抗震要求结构不仅要有较强的抗震能力，同时要求能够实现震后结构功能的快速恢复。因此，传统的地下结构减隔震控制措施还不能称得上是完善的地下结构抗震韧性结构体系。

发明内容

为了提高地下结构的抗震能力，减小地下结构在地震中的变形反应与残余变形，实现震后结构功能的快速恢复，本发明提出了一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其隔震支座用于阻断地震能量从地下结构底部输入的途径，阻尼器用于减小地下结构在地震中的水平变形反应和残余变形，并提高震后结构功能的快速恢复能力。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，用于减小输入地下结构的地震能量，减小地下结构在地震中的变形反应与残余变形，提高震后地下结构功能的快速恢复能力，包括围护结构、冠梁、顶板、顶梁、顶层柱、中板、中梁、底层柱、底梁，底板、侧墙、预埋件、阻尼器、第一道腰梁、第二道腰梁、隔震支座和肥槽，所述地下结构由顶板、顶梁、顶层柱、中板、中梁、底层柱、底梁、底板和侧墙构成，中板设置在顶板和底板之间，中板、顶板以及底板两侧设置有侧墙，中板与顶板和底板之间分别设置有顶层柱以及底层柱；顶层柱上部与顶板之间设置有扩口型的顶梁，底层柱与中板和底板之间分别设置有矩形的中梁和扩口型的底梁；地下结构两侧对称布置有围护结构，围护结构设置在地下结构与围岩土体之间。围护结构中部设置两道腰梁，由上到下分别为第一道腰梁和第二道腰梁；围护结构顶部设有冠梁，两道腰梁均设置在所述冠梁下部，第一道腰梁标高与中板标高相同，第二道腰梁与底板标高相同，围护结构的冠梁标高与顶板相同；所述围护结构与地下结构的侧墙之间设有肥槽；在侧墙与冠梁、第一道腰梁、第二道腰梁同标高的位置处设置预埋件，围护结构的冠梁、第一道腰梁、第二道腰梁也设有预埋件；围护结构的冠梁与地下结构的顶板之间、围护结构的第一道腰梁与地下结构的中板之间、围护结构的第二道腰梁与地下结构的底板之间均通过阻尼器连接，阻尼器两端直接固定在预埋件上，地下结构的底板与地基之间还设有隔震支座；

地下结构正常工作时，两侧围护结构承担土压力；地震作用时，隔震支座阻断地震荷载从底部输入地下结构，两侧围护结构将受到的地震荷载，通过阻尼器传递至地下结构的侧墙，同时阻尼器变形消耗地震能量，减小作用于地下结构的水平变形，地下结构的侧墙提供给阻尼器的反力可以抵抗部分土压力；地震结束后，阻尼器变形提供的水平恢复力可以将地下结构与围护结构恢复到变形前位置，消除地下结构和围护结构的残余位移，实现震后结构功能的快速恢复。

进一步地，所述阻尼器布置在肥槽中，其布置间距取决于静止土压力。

进一步地，所述的阻尼器水平布置，其刚度和最大变形取决于围岩土体的侧向刚度和地下结构最大容许变形。

进一步地，所述阻尼器为位移型阻尼器。

进一步地，所述阻尼器为软钢阻尼器、铅阻尼器、摩擦阻尼器中的一种或多种组合。

进一步地，所述预埋件为预埋钢板。

进一步地，预埋钢板内侧设置有钩筋，其伸入并设置在对应的侧墙、冠梁、第一道腰梁以及第二道腰梁内。

进一步地，所述冠梁横截面呈侧向的“凸”字型，其内侧凸起部的底部部分压在所述顶板顶部，接触面光滑处理并填充防水材料。

进一步地，所述隔震支座为天然夹层橡胶支座、铅芯夹层橡胶支座、高阻尼橡胶支座、滑板式隔震支座中的一种或多种组合。

进一步地，所述阻尼器以及所述隔震支座均为多组。

相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

1、本发明所述的设置于肥槽中的水平向阻尼器，通过变形耗散地震能量，同时减小作用于地下结构的水平向变形，起到减小地下结构地震反应的作用。

2、本发明所述的设置于地下结构底部的隔震支座，可以阻断地震能量从结构底部输入地下结构。

3、震后产生变形的阻尼器，可以提供恢复力，实现震后结构功能的快速恢复。

4、该结构体系形式简单，符合地下结构抗震韧性的理念。

附图说明

图1为本发明附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系横断面图；

图2为本发明附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系俯视图。

图中，1-围护结构、2-冠梁、3-顶板、4-顶梁、5-顶层柱、6-中板、7-中梁、8-底层柱、9-底梁，10-底板、11-侧墙、12-预埋件、13-阻尼器、14-第一道腰梁、15-第二道腰梁、16-隔震支座和17-肥槽。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明适用的典型地下结构横断面图如图1-2所示，为一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，用于减小输入地下结构的地震能量，减小地下结构在地震中的变形反应与残余变形，提高震后地下结构功能的快速恢复能力，包括围护结构1、冠梁2、顶板3、顶梁4、顶层柱5、中板6、中梁7、底层柱8、底梁9，底板10、侧墙11、预埋件12、阻尼器13、第一道腰梁14、第二道腰梁15、隔震支座16和肥槽17，地下结构由顶板3、顶梁4、顶层柱5、中板6、中梁7、底层柱8、底梁9、底板10和侧墙11构成，中板6设置在顶板3和底板10之间，中板6、顶板3以及底板10两侧设置有侧墙11，中板6与顶板3和底板10之间分别设置有顶层柱5以及底层柱8。顶层柱5上部与顶板3之间设置有扩口型的顶梁4，底层柱8与中板6和底板10之间分别设置有矩形的中梁7和扩口型的底梁9。

地下结构两侧对称布置有围护结构1。围护结构1设置在地下结构与围岩土体之间，围护结构1中部设置两道腰梁，由上到下分别为第一道腰梁14和第二道腰梁15。围护结构1顶部设有冠梁2，两道腰梁均设置在冠梁2下部，第一道腰梁14标高与中板6标高相同，第二道腰梁15与底板10标高相同，围护结构1的冠梁2标高与顶板3相同。围护结构1与地下结构的侧墙11之间设有肥槽17。在侧墙11与冠梁2、第一道腰梁14、第二道腰梁15同标高的位置处设置预埋件12，围护结构1的冠梁2、第一道腰梁14、第二道腰梁15也设有预埋件12。预埋件12为预埋钢板，预埋钢板内侧设置有钩筋，其伸入并设置在对应的侧墙11、冠梁2、第一道腰梁14以及第二道腰梁15内。围护结构1的冠梁2与地下结构的顶板3之间、围护结构1的第一道腰梁14与地下结构的中板6之间、围护结构1的第二道腰梁15与地下结构的底板10之间均通过阻尼器13连接，阻尼器13两端直接固定在预埋件12上，地下结构的底板10与地基之间还设有隔震支座16。

本实施例中，两侧的阻尼器13均为竖向布置的3组软钢阻尼器，阻尼器13布置在肥槽17中，其布置间距取决于静止土压力。阻尼器13水平布置，其刚度和最大变形取决于围岩土体的侧向刚度和地下结构最大容许变形。隔震支座16为7组间隔分布的铅芯夹层橡胶支座，由等效刚度和等效阻尼来进行设计。阻尼器13与预埋件12之间锚固连接，但不限于锚固连接，地下结构梁、板、柱、墙可以是现浇构件，也可以是预制构件，梁、板、柱、墙的连接方式可以是现浇方式或装配方式，但不限于以上两种方式。此外，本实施例中，冠梁2横截面呈侧向的“凸”字型，其内侧凸起部的底部部分压在顶板3顶部，接触面光滑处理并填充防水材料，地震作用时也起到一定摩擦耗能作用。

实施原理为：地下结构正常工作时，两侧围护结构1承担土压力。地震作用时，隔震支座16阻断地震荷载从底部输入地下结构，两侧围护结构1将受到的地震荷载，通过阻尼器13传递至地下结构的侧墙11，同时阻尼器13变形消耗地震能量，减小作用于地下结构的水平变形，地下结构的侧墙11提供给阻尼器13的反力可以抵抗部分土压力。地震结束后，阻尼器13变形提供的水平恢复力可以将地下结构与围护结构1恢复到变形前位置，消除地下结构和围护结构1的残余位移，实现震后结构功能的快速恢复。

以上对本发明进行了详细说明，但内容不能被认为用于限定本发明的实施范围，凡依本发明申请范围所作的地下结构形式、围护结构类型、阻尼器与肥槽形式、尺寸，以及隔震支座形式等的改进，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，包括围护结构(1)、冠梁(2)、顶板(3)、顶梁(4)、顶层柱(5)、中板(6)、中梁(7)、底层柱(8)、底梁(9)，底板(10)、侧墙(11)、预埋件(12)、阻尼器(13)、第一道腰梁(14)、第二道腰梁(15)、隔震支座(16)和肥槽(17)，其特征在于：所述地下结构由顶板(3)、顶梁(4)、顶层柱(5)、中板(6)、中梁(7)、底层柱(8)、底梁(9)、底板(10)和侧墙(11)构成，中板(6)设置在顶板(3)和底板(10)之间，中板(6)、顶板(3)以及底板(10)两侧设置有侧墙(11)，中板(6)与顶板(3)和底板(10)之间分别设置有顶层柱(5)以及底层柱(8)；顶层柱(5)上部与顶板(3)之间设置有扩口型的顶梁(4)，底层柱(8)与中板(6)和底板(10)之间分别设置有矩形的中梁(7)和扩口型的底梁(9)；地下结构两侧对称布置有围护结构(1)；围护结构(1)设置在地下结构与围岩土体之间，围护结构(1)中部设置两道腰梁，由上到下分别为第一道腰梁(14)和第二道腰梁(15)；围护结构(1)顶部设有冠梁(2)，两道腰梁均设置在所述冠梁(2)下部，第一道腰梁(14)标高与中板(6)标高相同，第二道腰梁(15)与底板(10)标高相同，围护结构(1)的冠梁(2)标高与顶板(3)相同；所述围护结构(1)与地下结构的侧墙(11)之间设有肥槽(17)；在侧墙(11)与冠梁(2)、第一道腰梁(14)、第二道腰梁(15)同标高的位置处设置预埋件(12)，围护结构(1)的冠梁(2)、第一道腰梁(14)、第二道腰梁(15)也设有预埋件(12)；围护结构(1)的冠梁(2)与地下结构的顶板(3)之间、围护结构(1)的第一道腰梁(14)与地下结构的中板(6)之间、围护结构(1)的第二道腰梁(15)与地下结构的底板(10)之间均通过阻尼器(13)连接，阻尼器(13)两端直接固定在预埋件(12)上，地下结构的底板(10)与地基之间还设有隔震支座(16)。

2.根据权利要求1所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述阻尼器(13)布置在肥槽(17)中，其布置间距取决于静止土压力。

3.根据权利要求1所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述的阻尼器(13)水平布置，其刚度和最大变形取决于围岩土体的侧向刚度和地下结构最大容许变形。

4.根据权利要求1所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述阻尼器(13)为位移型阻尼器。

5.根据权利要求4所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述阻尼器(13)为软钢阻尼器、铅阻尼器、摩擦阻尼器中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述预埋件(12)为预埋钢板。

7.根据权利要求6所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：预埋钢板内侧设置有钩筋，其伸入并设置在对应的侧墙(11)、冠梁(2)、第一道腰梁(14)以及第二道腰梁(15)内。

8.根据权利要求1所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述冠梁(2)横截面呈侧向的“凸”字型，其内侧凸起部的底部部分压在所述顶板(3)顶部，接触面光滑处理并填充防水材料。

9.根据权利要求1所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述隔震支座(16)为天然夹层橡胶支座、铅芯夹层橡胶支座、高阻尼橡胶支座、滑板式隔震支座中的一种或多种组合。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种附加阻尼器和隔震支座的地下结构韧性抗震体系，其特征在于：所述阻尼器(13)以及所述隔震支座(16)均为多组。

Images