CN113802597A - 一种具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系,包括预制钢筋混凝土墩柱节段、减隔震橡胶支座、环氧树脂胶、形状记忆合金棒、灌浆套筒、承台、预留槽口、止水带、引流槽、高强螺栓。预制钢筋混凝土墩柱节段1在预制时钢筋笼内部加入一圈形状记忆合金棒;预制钢筋混凝土墩柱节段与承台连接处设置有预留槽口,预留槽口中心位置设置有减隔震橡胶支座,并通过焊接、栓接、胶接等方式将减隔震橡胶支座与承台上预留的垫石连接在一起;拼装时,SMA棒插入承台预埋的灌浆套筒中,减隔震橡胶支座与预制钢筋混凝土墩柱节段1通过环氧树胶和高强螺栓等连接在一起。本发明具有减震、隔震和自复位等功能一体的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系,属于工程抗震领域。
背景技术
目前,我国已经进入城市化快速发展阶段。截至2021年,我国的城镇化率已经超过60%,城市发展及人民日常出行需求与交通拥堵及出行不便所形成的矛盾存在已久。因此我国还需要大力建设交通设施,尤其是城市交通设施。而城市桥梁设施成为目前节省空间的优选交通设施之一。以现浇混凝土为主的传统桥梁建造方法存在施工噪声污染大、辅助设施多、建设占地广、对地面交通影响大等特点,因此,其在城市核心桥梁建设中慢慢不被人们所接受。近几年来,预制拼装式桥梁在国内外得到了快速发展,该型桥梁具有施工质量易保证、现场施工工期短、对地面交通的干扰小等优势,能够实现快速施工、绿色施工的目标,在未来桥梁建设中具有广阔的应用前景。
无论是现浇还是装配式混凝土结构,地震作用下结构的安全性都是国内外学者和工程师关注的重点。而我国的部分城市正处于地震带上,强破坏性地震及地震衍生的二次灾害作用下建筑结构、交通基础设施的安全性不容忽视。装配式墩柱是装配式框架结构、装配式桥梁抵御地震的关键抗侧力构件。而墩柱与主梁(盖梁)、基础(承台)之间连接节点的有效性是装配式墩柱抗震性能充分发挥的关键。目前在工程中比较常见的预制拼装技术有钢筋连接器连接、灌浆导管连接,插槽型连接、承插式连接,预应力拼装接头等等。在地震作用下,常用装配式混凝土连接节点易出现塑性铰转移、接缝处开裂、残余位移大等问题。而现有装配式混凝土墩柱的抗震性能与现浇墩柱抗震性能的显著差异严重制约了装配式墩柱在中高烈度等复杂恶劣环境中的应用。有鉴于此,开发一种既能有减震隔震功能,又不影响墩柱与基础(承台)连接整体性的自复位装配式墩柱体系具有显著的工程意义和实际价值。
发明内容
本发明旨在提出一种适用于中高烈度等复杂恶劣环境、结构简单、安装便捷、具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案。
一种具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系,其主要组成有:预制钢筋混凝土墩柱节段1、减隔震橡胶支座2、环氧树脂胶3、形状记忆合金(SMA)棒4、灌浆套筒5、承台6、预留槽口7、止水带8、引流槽9、高强螺栓10。其装配方式为预制钢筋混凝土墩柱节段1在预制时钢筋笼内部加入一圈形状记忆合金(SMA)棒4(可根据自复位能力需求选择不同的数量);预制钢筋混凝土墩柱节段1与承台6连接处设置有预留槽口7,预留槽口7中心位置设置有减隔震橡胶支座2,并通过焊接、栓接、胶接等方式将减隔震橡胶支座与承台6上预留的垫石连接在一起;拼装时,SMA棒4插入承台6预埋的灌浆套筒5中,减隔震橡胶支座2与预制钢筋混凝土墩柱节段1通过环氧树胶3和高强螺栓10等连接在一起;预留槽口7上方铺设多层止水带8、下层设置有引流槽9。
所述的预制钢筋混凝土墩柱节段1与承台6通过灌浆套筒5与SMA棒4连接,并设置于预留槽口7内的减隔震橡胶支座2之上。一方面减隔震支座2能够隔离下部承台6传递的地震作用,起到隔震的作用;另一方面SMA棒可以用来耗散预制钢筋混凝土墩柱节段1的动能,并限制预制钢筋混凝土墩柱节段1在隔震后的水平位移。减隔震支座2应具有足够的竖向刚度和竖向承载力,并具有一定的水平刚度和水平抗变形能力。SMA棒4数量要满足耗能能力要求和构造要求,同时需要满足预制钢筋混凝土墩柱节段1所需的自复位能力要求。
所述的SMA棒4可以根据需求在与下部承台6连接后,在墩柱顶部进行预张拉,以增加自复位功能,初始施加的预压力为墩柱1提供0.05~0.15的附加轴压比。
所述的预制钢筋混凝土墩柱节段1与隔震支座2通过高强螺栓10连接或者环氧树脂胶3等结构胶胶接。在减隔震支座2达到使用年限或者在地震作用下被破坏时方便更换,同时也解决了在预制钢筋混凝土墩柱节段1与承台6进行装配时,预留槽口7内部的隔震支座2与预制钢筋混凝土墩柱节段1之间连接施工困难的问题。
所述的预制钢筋混凝土墩柱节段1与预留槽口7之间留有一定的间隙,用以满足预制钢筋混凝土墩柱节段1在减隔震支座2设置下的水平变形需求,并为减隔震支座2在地震作用下产生剪切变形预留空间。预留槽口7上部铺设一层止水带8,起到了很好的防水作用;下部设置引流槽9,起到一定的排水功能,以增加减隔震支座2的使用年限。
所述的减隔震支座2可为叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、叠层隔震支座等。
与现有技术相比,本发明有如下技术效益:
该墩柱体系受到地震作用时,墩柱槽口内部的减隔震支座能够起到减隔震作用;而槽口外侧的SMA棒能够起到连接和减震作用,并起到一定的限位和自复位功能。具有减震、隔震和自复位等功能一体的特点,可有效减小地震作用下预制拼装墩柱的地震响应和地震损伤。
该墩柱体系能够满足预制拼装需求,各组件之间的连接均通过胶接、栓接或者焊接实现,能够实现在震后的快速可恢复功能,同时具有结构简单、安装方便、节点耐久性好等优点,可有效实现快速施工、快速修复等功能。
附图说明
图1为本发明正切面示意图;
图2为本发明的A-A切面示意图;
图3为本发明的B-B切面示意图;
图4为本发明支座顶板加高强螺栓的正切面示意图;
图5为本发明支座顶板加高强螺栓的A-A切面示意图;
图6为本发明支座顶板加高强螺栓的B-B切面示意图。
图中:1—预制钢筋混凝土墩柱节段;2—减隔震橡胶支座;3—环氧树脂胶;4—形状记忆合金(SMA)棒;5—灌浆套筒;6—承台;7—预留槽口;8—止水带;9—引流槽;10—高强螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述,具体实施方式的内容不作为对本发明的保护范围限制。
实施方案例1
如图1、图2、图3所示的一种环氧树胶连接的具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系,主要应用在中低烈度地区,起到减震隔震的作用。包括预制钢筋混凝土墩柱节段1、减隔震橡胶支座2、环氧树脂胶3、形状记忆合金(SMA)棒4、灌浆套筒5、承台6、预留槽口7、止水带8、引流槽9、高强螺栓10。预制钢筋混凝土墩柱节段1直径选用160cm;减隔震橡胶支座2直径为50cm的叠层橡胶支座,高度为70cm,支座上下方的钢板直径为60cm,厚度为5cm;环氧树脂胶3的厚度为1cm;形状记忆合金(SMA)钢筋4的直径为1.6cm,数量为6根;灌浆套筒5的直径为4cm,内径为2cm;承台6的内径为180cm;墩柱预留槽口7直径为80cm;止水带8根据当地防水需求确定层数与厚度;引流槽9深度与坡度根据当地降水量进行确定,槽宽10cm;高强螺栓10根据当地地震作用力大小来确定,选用12.9级高强螺栓。
本发明预制钢筋混凝土墩柱节段1在预制时要预留槽口7;叠层橡胶支座2提前放置在承台6上,中心正对墩柱槽口7的中心,并通过环氧树脂3与承台6粘接在一起,待环氧树脂胶3初凝完成后,拧紧叠层橡胶支座2底部钢板上的高强螺栓10,使高强螺栓10获得设计所需的预紧力;现场进行装配时,承台6中预埋的灌浆套筒5灌满高强砂浆,并在叠层橡胶支座2顶部涂抹好环氧树脂胶3,在装配后叠层橡胶支座2与预制钢筋混凝土墩柱节段1通过环氧树脂胶3粘接在一起;所述的SMA棒4为预制钢筋混凝土墩柱节段1在预制时加入的,并通过预埋的灌浆套筒5与承台6连接在一起;装配完成后,对SMA棒4进行预张拉,初始施加的预压力为预制钢筋混凝土墩柱节段1提供0.05的附加轴压比。当结构遭遇地震荷载时,粘接在承台6上的叠层橡胶支座2可以隔离下传来的地震能量作用;当地震作用增大时,叠层橡胶支座2和SMA棒4可以限制预制钢筋混凝土墩柱节段1的位移并耗散预制钢筋混凝土墩柱节段1的动能,并且可以让预制钢筋混凝土墩柱节段1具有自复位能力。
实施方案例2
如图4、图5、图6所示的通过高强螺栓10连接的具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系,主要应用在中高烈度地区,起到减隔震作用。包括预制钢筋混凝土墩柱节段1、减隔震橡胶支座2、环氧树脂胶3、形状记忆合金(SMA)棒筋5、灌浆套筒6、承台7、预留槽口7、止水带8、引流槽9、高强螺栓10。预制钢筋混凝土墩柱节段1直径为180cm;减隔震橡胶支座选用铅芯橡胶支座,直径2直径为50cm,高度为70cm,支座上下方的钢板直径为70cm,厚度为5cm;环氧树脂胶3的厚度为1cm;形状记忆合金(SMA)棒4的直径为2.0cm,数量为8根;灌浆套筒5的直径为4cm,内径为2cm;承台6的内径为200cm;墩柱预留槽口7直径为90cm;止水带8根据当地防水需求确定层数与厚度;引流槽9根据当地降水量确定深度与坡度;高强螺栓10根据当地地震作用力大小来确定,选用12.9级高强螺栓。
本发明预制钢筋混凝土墩柱节段1在预制时要预留槽口7与高强螺栓10孔道及手孔;支座2提前放置在承台6上,中心正对墩柱槽口7的中心,并通过环氧树脂3与承台6粘接在一起,待环氧树脂胶3初凝完成后,拧紧铅芯橡胶支座2底部钢板上的高强螺栓10,使高强螺栓10获得设计所需的预紧力;墩台装配时,承台6中预埋的灌浆套筒5灌满高强砂浆,并在铅芯橡胶支座2顶部涂抹好环氧树脂胶3,在装配后铅芯橡胶支座2与墩柱1通过环氧树脂胶3粘接在一起,待环氧树胶3初凝完成后,通过预留手孔拧紧支座2顶部的高强螺栓10,并在手孔内灌注高强砂浆封口;所述的SMA棒4为墩柱1在预制时加入的,并通过预埋的灌浆套筒5与承台6连接在一起;装配完成后,对SMA棒4进行预张拉,初始施加的预压力为墩柱1提供0.15的附加轴压比。当结构遭遇地震荷载时,承台6上的铅芯橡胶支座2可以隔离下部传来的地震能量作用;当地震作用增大时,高强螺栓10增强了支座2与承台6和墩柱1之间的连接能力,与铅芯橡胶支座2和SMA棒4限制预制钢筋混凝土墩柱节段1的位移并耗散其动能;铅芯橡胶支座2和SMA棒4可以让预制钢筋混凝土墩柱节段1在震中和震后具有自复位能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限值本发明,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都在本发明保护的范围内。
Claims (7)
1.一种具有减隔震功能的自复位装配式墩柱体系,其特征在于:预制钢筋混凝土墩柱节段(1)、减隔震橡胶支座(2)、环氧树脂胶(3)、形状记忆合金棒(4)、灌浆套筒(5)、承台(6)、预留槽口(7)、止水带(8)、引流槽(9)、高强螺栓(10);其装配方式为预制钢筋混凝土墩柱节段(1)在预制时钢筋笼内部加入一圈形状记忆合金棒(4);预制钢筋混凝土墩柱节段(1)与承台(6)连接处设置有预留槽口(7),预留槽口(7)中心位置设置有减隔震橡胶支座(2),并通过焊接、栓接、胶接等方式将减隔震橡胶支座与承台(6)上预留的垫石连接在一起;拼装时,形状记忆合金棒(4)插入承台(6)预埋的灌浆套筒(5)中,减隔震橡胶支座(2)与预制钢筋混凝土墩柱节段(1)通过环氧树脂胶(3)和高强螺栓(10)等连接在一起;预留槽口(7)上方铺设多层止水带(8)、下层设置有引流槽(9)。
2.根据权利要求书1所述的具有减隔震的自复位装配式墩柱体系,其特征在于:所述的预制钢筋混凝土墩柱节段(1)与承台(6)通过灌浆套筒(5)与形状记忆合金棒(4)连接,并设置于预留槽口(7)内的减隔震橡胶支座(2)之上;一方面减减隔震橡胶支座(2)2能够隔离下部承台(6)传递的地震作用,起到隔震的作用;另一方面SMA棒可以用来耗散预制钢筋混凝土墩柱节段(1)的动能,并限制预制钢筋混凝土墩柱节段(1)在隔震后的水平位移;减减隔震橡胶支座(2)2应具有足够的竖向刚度和竖向承载力,并具有一定的水平刚度和水平抗变形能力;形状记忆合金棒(4)数量要满足耗能能力要求和构造要求,同时需要满足预制钢筋混凝土墩柱节段(1)所需的自复位能力要求。
3.根据权利要求书1或2所述的具有减隔震的自复位装配式墩柱体系,其特征在于:所述的预制钢筋混凝土墩柱节段(1)与减隔震橡胶支座(2)通过高强螺栓(10)连接或者环氧树脂胶(3)胶接;在减减隔震橡胶支座(2)达到使用年限或者在地震作用下被破坏时方便更换,同时也解决在预制钢筋混凝土墩柱节段(1)与承台(6)进行装配时,预留槽口(7)内部的减隔震橡胶支座(2)与预制钢筋混凝土墩柱节段(1)之间连接施工问题。
4.根据权利要求书1或2所述的具有减隔震的自复位装配式墩柱体系,其特征在于:所述的形状记忆合金棒(4)可以根据需求在与下部承台(6)连接后,在墩柱顶部进行预张拉,以增加自复位功能,初始施加的预压力为预制钢筋混凝土墩柱节段(1)提供0.05~0.15的附加轴压比。
5.根据权利要求书1、2或3所述的具有减隔震的自复位装配式墩柱体系,其特征在于:所述的预制钢筋混凝土墩柱节段(1)与预留槽口(7)之间留有一定的间隙,用以满足预制钢筋混凝土墩柱节段(1)在减减隔震橡胶支座(2)设置下的水平变形需求,并为减减隔震橡胶支座(2)在地震作用下产生剪切变形预留空间;预留槽口(7)上部铺设一层止水带(8),起到了很好的防水作用;下部设置引流槽(9),起到一定的排水功能,以增加减减隔震橡胶支座(2)的使用年限。
6.根据权利要求书1、2、3或5所述的具有减隔震的自复位装配式墩柱体系,其特征在于:所述的减减隔震橡胶支座(2)为叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、叠层减隔震橡胶支座(2)。
7.根据权利要求书1、2、3、4、5或6所述的具有减隔震的自复位装配式墩柱体系,其特征在于:当地震荷载作用时,墩柱槽口内部的减减隔震橡胶支座(2)能够起到减隔震作用;而槽口外侧的SMA棒能够起到连接和减震作用,并起到一定的限位和自复位功能。
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