兼顾高耐久性地铁车站减震梁柱节点及其施工方法与流程

1.本发明涉及地铁抗震技术领域，特别涉及兼顾高耐久性地铁车站减震梁柱节点及其施工方法。


背景技术：

2.长期以来，人们普遍认为地铁车站由于埋置于土中，所受地震作用危害较小。但已有的震害表明：在强震灾害发生时，现有地铁车站结构型式并不安全。比如1995年日本阪神ms7.2级地震，对神户市地铁、地下商业、隧道造成了有史以来最严重的破坏。其中，最引人注意的是5个地铁车站的破坏。大开站作为破坏最严重的地铁车站，50％以上的中柱完全倒塌，直接导致顶板折断破坏和上覆土层坍塌，最大沉降量达2.5m之多，地铁停运、地面交通瘫痪。
[0003]“阪神地震”灾害揭示了强震灾害下地铁车站中柱的破坏导致顶板折断进而引发整体地下结构坍塌的破坏机理。这主要是因为：对于地铁地下车站的箱形结构型式，中柱是一种离散结构且周围没有约束，相对于侧墙其抗剪切变形能力明显弱于侧墙，而常规地铁车站设计中中柱与梁板采用整体浇筑的固接形式导致在地震作用下承受了与抗剪切变形能力不相匹配的较大弯矩及剪力，从而发生剪压破坏，进而导致顶板弯曲折断，结构产生严重破坏。因此如何保护中柱本身在地震作用下不因过大变形而丧失竖向承载力成了解决问题的关键。
[0004]
传统的做法中柱采用型钢混凝土组合构件。虽然能起到增加中柱的承载力，但在地震发生时，外包混凝土层在水平大变形条件下容易剥落，而整个组合构件由于型钢构件深入梁板结构，并未改变节点的固接形式，继续承受较大的弯矩及剪力，并且由于失去混凝土层的约束，抗剪能力会大大降低，更易破坏。受装配式结构的启发，一些学者通过将中柱与顶板和中板传统的“刚接”方式调整为“柔接”方式来改善中柱在连接处变形能力差的缺点。常见的有“橡胶支座连接”、“刚性球铰连接”“摩擦滑移装置连接”、“承压钢球及减震层连接”、“预应力筋加剪力销栓接”等形式，但现有的这些“柔接”方式由于均是采用了橡胶等弹性材料或者金属材料部件组成的复杂机构，均无法满足地铁地下车站干湿交替环境下，100年设计使用年限，对应的高耐久性要求。
[0005]
因此，如何既能显著提高强震作用下钢筋混凝土中柱的抗剪切变形能力，又能有效解决上述高耐久性问题，是目前行业亟待解决的棘手问题。


技术实现要素：

[0006]
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出兼顾高耐久性地铁车站减震梁柱节点及其施工方法，实现的目的是即能确保荷载的有效传递及梁柱节点的稳定，又能解决已有的橡胶等弹性材料柔性支座或金属材料部件组成的复杂的减震支座未考虑地铁地下车站干湿交替环境而导致的耐久性难题。
[0007]
为实现上述目的，本发明公开了兼顾高耐久性地铁车站减震梁柱节点，所述减震
梁柱节点设置在地铁车站的每一中柱的柱端与相应的顶纵梁之间、相应的中纵梁之间；
[0008]
每一所述减震梁柱节点均包括匹配的弹性支座连接系统和弹性支座，以及保护结构；
[0009]
每一所述弹性支座连接系统均包括设置于相应的所述中柱柱端的钢筋接驳器、预埋钢板、预埋柱锚筋和预埋锚栓，以及设置于相应的所述顶纵梁或者相应的所述中纵梁底部的所述钢筋接驳器、所述预埋钢板、预埋梁锚筋和所述预埋锚栓；
[0010]
每一所述保护结构均包括多根通过所述钢筋接驳器连接所述中柱和所述顶纵梁内钢筋网的中柱钢筋，以及采用轻质多孔混凝土在多根所述中柱钢筋外形成的包封。
[0011]
优选的，每一所述预埋梁锚筋的端部均应采用弯钩形式挂在相应的中板的中板下层钢筋或者相应的顶板的顶板下层钢筋。
[0012]
本发明还提供兼顾高耐久性地铁车站减震梁柱节点的施工方法，步骤如下：
[0013]
步骤1、完成每一所述中纵梁处对应所述减震梁柱节点的预留预埋；
[0014]
回筑底板、下二层的所述中柱及侧墙；
[0015]
在下二层的每一所述中柱的顶部均留设中柱钢筋，并设置相应的所述钢筋接驳器、所述预埋钢板、所述预埋柱锚筋和所述预埋锚栓；
[0016]
回筑中板及所述中纵梁；
[0017]
在所述中纵梁底部留设与下二层的所述中柱顶部相应的所述钢筋接驳器、所述预埋钢板、预埋梁锚筋和所述预埋锚栓；
[0018]
步骤2、完成每一所述弹性支座的预连接；将每一所述弹性支座的连接钢板与相应的预埋锚栓对应预留螺栓孔通过后装螺母紧固；
[0019]
步骤3、完成每一所述中纵梁与相应的所述中柱之间的所述减震梁柱节点；
[0020]
待下二层的所述中柱和相应的所述中纵梁的混凝土达到设计强度后，拧紧相应的每一所述后装螺母，通过相应的所述钢筋接驳器连接所述减震梁柱节点内的所述中柱钢筋，采用轻质多孔混凝土进行包封；
[0021]
步骤4、完成每一所述顶纵梁上对应所述减震梁柱节点的预留预埋；
[0022]
回筑下一层的所述中柱及侧墙；
[0023]
在下一层的所述中柱的顶部留设所述中柱钢筋，并设置相应的所述钢筋接驳器、所述预埋钢板、所述预埋柱锚筋和所述预埋锚栓；
[0024]
回筑顶板及所述顶纵梁；
[0025]
在所述顶纵梁底部留设与下一层的所述中柱顶部相应的所述钢筋接驳器、所述预埋钢板、预埋梁锚筋和所述预埋锚栓；
[0026]
步骤5、完成每一所述弹性支座的预连接；将每一所述弹性支座的连接钢板与相应的预埋锚栓对应预留螺栓孔通过后装螺母紧固；
[0027]
步骤6、完成每一所述顶纵梁与相应的所述中柱之间的所述减震梁柱节点；
[0028]
待下一层的所述中柱和相应的所述中纵梁的混凝土达到设计强度后，拧紧相应的每一所述后装螺母，通过相应的所述钢筋接驳器连接所述减震梁柱节点内的所述中柱钢筋，采用轻质多孔混凝土进行包封。
[0029]
优选的，在强震作用后，对每一变形的所述弹性支座进行复位，具体步骤如下：
[0030]
首先，清除干净所有的所述轻质多孔混凝土因地震而产生的残渣及所有的因地震
而产生变形的所述中柱钢筋，结合每一所述中柱顶部的所述钢筋接驳器，更换每一贯穿的所述中柱钢筋；
[0031]
然后，重新对每一所述弹性支座采用轻质多孔混凝土包封，恢复结构。
[0032]
本发明的有益效果：
[0033]
本发明的应用不但确保了正常使用工况荷载的有效传递及梁柱节点的稳定，又解决了已有的橡胶等弹性材料柔性支座或金属材料部件组成的复杂的减震支座未考虑地铁地下车站干湿交替环境下100年设计使用年限对应的高耐久性要求的难题。
[0034]
本发明在强震作用工况中，不但能够提高中柱抗剪切变形能力，避免中柱剪压破坏，还能够解决强震作用下支座无限位大变形破坏的难题。
[0035]
本发明构造简单，通过工厂预制与构件拼装，实现了现场施工快速安装，提高了生产效率。
[0036]
本发明结合预留预埋措施，实现了强震灾害后节点更新，绿色环保节能减排。
[0037]
本专利的应用对地铁车站消能减震中柱有效拓展了地下工程的建设手段，推动了行业技术进步，具有更好的经济效益和社会效益。
[0038]
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0039]
图1示出本发明一实施例的车站剖面结构示意图。
[0040]
图2示出本发明一实施例的中纵梁和中柱间局部放大结构示意图。
[0041]
图3示出本发明一实施例中预埋钢板的结构示意图。
[0042]
图4示出本发明一实施例中减震梁柱节点的截面结构示意图。
[0043]
图5示出本发明一实施例的顶纵梁和中柱间局部放大结构示意图。
具体实施方式
[0044]
实施例
[0045]
如图1至图5所示，兼顾高耐久性地铁车站减震梁柱节点，减震梁柱节点4设置在地铁车站的每一中柱3的柱端与相应的顶纵梁9之间、相应的中纵梁6之间；
[0046]
每一减震梁柱节点4均包括匹配的弹性支座连接系统和弹性支座15，以及保护结构；
[0047]
每一弹性支座连接系统均包括设置于相应的中柱3柱端的钢筋接驳器23、预埋钢板12、预埋柱锚筋14和预埋锚栓18，以及设置于相应的顶纵梁9或者相应的中纵梁6底部的钢筋接驳器23、预埋钢板12、预埋梁锚筋13和预埋锚栓18；
[0048]
每一保护结构均包括多根通过钢筋接驳器23连接中柱3和顶纵梁9内钢筋网的中柱钢筋11，以及采用轻质多孔混凝土16在多根中柱钢筋11外形成的包封。
[0049]
本发明正常使用工况中，车站结构竖向荷载由贯穿的中柱钢筋、轻质多孔混凝土包封承担，确保荷载的有效传递及梁柱节点的稳定；轻质多孔混凝土相对独立的封闭微小气泡及良好的整体性，满足贯穿的中柱钢筋与弹性支座在干湿交替环境下100年设计使用年限对应的高耐久性要求。
[0050]
强震作用工况，由于轻质多孔混凝土较纵梁与中柱混凝土强度低，以及低弹脆性，在大剪切变形的趋势下率先开裂破坏，内部弹性支座15释放柱端弯矩及剪力，相应的水平荷载通过变形协调转移给侧墙。侧墙的抗剪切变形能力由于受土体约束和顶、底板支撑作用有较大的安全余量，因此这种受力特性的改变不会对侧墙造成太大影响，从而达到消能减震、避免中柱剪压破坏及结构大规模坍塌的目的。同时，贯穿的中柱钢筋11对弹性支座15水平变形进行限位。
[0051]
中柱钢筋11，以及采用轻质多孔混凝土16在多根中柱钢筋11外形成的包封在使用阶段可以兼顾竖向承载和确保耐久性，地震阶段率先破裂后使弹性支座15发挥作用。
[0052]
强震灾害后，弹性支座变形复位，清除干净轻质多孔混凝土残渣及变形的贯穿中柱钢筋，结合柱头预埋的中柱钢筋接驳器等施工措施，更换贯穿的中柱钢筋，重新对弹性支座进行轻质多孔混凝土包封，恢复结构。
[0053]
在实际应用中，预埋钢板12的厚度及尺寸，梁预埋梁锚筋13、预埋柱锚筋14、预埋锚栓18的设置、个数a、直径及长度应根据计算确定b，以及排布时的间距c均为现有技术，应满足现行混凝土结构设计要求。
[0054]
在某些实施例中，每一预埋梁锚筋13的端部均应采用弯钩形式挂在相应的中板5的中板下层钢筋10或者相应的顶板8的顶板下层钢筋22。
[0055]
本发明还提供兼顾高耐久性地铁车站减震梁柱节点的施工方法，步骤如下：
[0056]
如图2至图4所示，步骤1、完成每一中纵梁6处对应减震梁柱节点4的预留预埋；
[0057]
回筑底板1、下二层的中柱3及侧墙；
[0058]
在下二层的每一中柱3的顶部均留设中柱钢筋11，并设置相应的钢筋接驳器23、预埋钢板12、预埋柱锚筋14和预埋锚栓18；
[0059]
回筑中板5及中纵梁6；
[0060]
在中纵梁6底部留设与下二层的中柱3顶部相应的钢筋接驳器23、预埋钢板12、预埋梁锚筋13和预埋锚栓18；
[0061]
如图4所示，步骤2、完成每一弹性支座15的预连接；将每一弹性支座15的连接钢板17与相应的预埋锚栓18对应预留螺栓孔通过后装螺母19紧固；
[0062]
步骤3、完成每一中纵梁6与相应的中柱3之间的减震梁柱节点4；
[0063]
待下二层的中柱3和相应的中纵梁6的混凝土达到设计强度后，拧紧相应的每一后装螺母19，通过相应的钢筋接驳器23连接减震梁柱节点4内的中柱钢筋11，采用轻质多孔混凝土16进行包封；
[0064]
如图5所示，步骤4、完成每一顶纵梁9上对应减震梁柱节点4的预留预埋；
[0065]
回筑下一层的中柱3及侧墙；
[0066]
在下一层的中柱3的顶部留设中柱钢筋11，并设置相应的钢筋接驳器23、预埋钢板12、预埋柱锚筋14和预埋锚栓18；
[0067]
回筑顶板8及顶纵梁9；
[0068]
在顶纵梁9底部留设与下一层的中柱3顶部相应的钢筋接驳器23、预埋钢板12、预埋梁锚筋13和预埋锚栓18；
[0069]
步骤5、完成每一弹性支座15的预连接；将每一弹性支座15的连接钢板17与相应的预埋锚栓18对应预留螺栓孔通过后装螺母19紧固；
[0070]
步骤6、完成每一顶纵梁9与相应的中柱3之间的减震梁柱节点4；
[0071]
待下一层的中柱3和相应的中纵梁6的混凝土达到设计强度后，拧紧相应的每一后装螺母19，通过相应的钢筋接驳器23连接减震梁柱节点4内的中柱钢筋11，采用轻质多孔混凝土16进行包封。
[0072]
在某系实施例中，当发生强震后，对每一变形的弹性支座15进行复位，具体步骤如下：
[0073]
首先，清除干净所有的轻质多孔混凝土16因地震而产生的残渣及所有的因地震而产生变形的中柱钢筋11，结合每一中柱3顶部的钢筋接驳器23，更换每一贯穿的中柱钢筋11；
[0074]
然后，重新对每一弹性支座15采用轻质多孔混凝土16包封，恢复结构。
[0075]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。