一种具有减震自复位功能的地铁车站中柱结构

技术领域

本发明涉及地铁车站减震技术领域，具体涉及一种基于装配式地铁车站的具有减震自复位功能的中柱结构。

背景技术

随着城镇化进程的加快，越来越多的人涌入了城市，原来的城市空间显得越来越拥挤，原先的地上交通也越来越满足不了居民出行的要求，在这种情况下，以地铁为代表的地下轨道交通得到了迅猛的发展。随着城市地下空间的开发，以地铁车站为例，以往人们认为地铁车站受到地层抗力作用，具有良好的抗震性能。但1995年日本阪神地震中，大开车站的倾覆性破坏成为地下结构在地震作用下发生整体竖向倒塌的首例，也为地铁车站的抗震安全性敲响了警钟，由此引起了国内外学者对地下结构地震响应和破坏的热潮。国内外学者在进行大开车站破坏机理研究中，对于中柱是地铁车站的关键构件已形成统一的认识，因此明确地铁车站中柱在不同外力作用下的动力响应，并对中柱结构减震技术优化改良是研究地铁车站减震的重点。

在地震发生时，地震对中柱所施加巨大能量，地铁车站中柱会在会在水平地震荷载和竖向地震荷载的共同作用下产生破坏，在研究地铁车站中柱减震过程中，需考虑这些因素。(专利公告号为CN106351494A公开的“一种自复位装配式地铁车站柔性抗震结构”，主要依靠橡胶支座的弹性恢复力实现自复位功能，在强震作用下显然不能完全满足中柱减震并防止破坏的要求，而且，纯橡胶支座在火灾发生时容易燃烧软化，具有一定的局限性。专利号公告号CN109853636B)公开的“一种装配式地铁车站中柱及弧形橡胶支座自复位减震结构”，利用在中柱外侧套装钢桶来增加中柱的强度，但未充分考虑地震作用下中柱的巨大能量无法及时释放。

发明内容

技术问题：本发明的目是要克服现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、使用效果好的具有减震自复位功能的地铁车站中柱结构。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种具有减震自复位功能的地铁车站中柱结构，包括位于预制底板上预制中柱和位于预制中柱上的预制顶板，所述预制顶板和预制底板上对称开有适应预制中柱的凹槽，预制底板凹槽与预制顶板形状和结构均相同，凹槽内的预制中柱上下两端分别与预制顶板和预制底板之间设有间隔距离连为一体的螺栓群，凹槽内的预制中柱左右两侧分别与预制顶板和预制底板两侧之间设有间隔距离用铆钉固定连在一起的高强磁铁，所述间隔距离的凹槽内填充有增加车站整体在竖直方向柔性和散能的橡胶，所述的预制中柱外露凹槽部分设有钢筒，钢筒与预制中柱之间填充有橡胶沥青层，使钢筒、沥青橡胶层和预制中柱形成一个整体。

所述的螺栓群包括间隔距离布置在预制中柱端面内的多个螺栓和设在螺栓螺纹柱上具有高弹性模量的高强弹簧。

所述的螺栓螺纹柱与预制顶板之间设有连接板，连接板上开有与螺栓螺纹柱位置相对应的孔。

所述的预制中柱上下两端设置螺栓群所开螺栓孔的位置及数量上下对称。

所述的钢筒内壁上设有增加预制中柱与钢筒之间连接力的若干个铆钉。

所述的钢筒上均匀开有进行散能的若干个散能孔。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明能够应对不同方向的地震作用并适应多种外界情况，通过磁铁之间的磁力来抵抗水平向的剪切力，并通过磁铁之间的磁力以及橡胶之间挤压产生的弹力，使预制中柱受力平衡，恢复震前状态，完成自复位。当遭遇火灾或渗水等突发情况时，高强磁铁仍可正常使用，从而大大提高了中柱结构的可靠性。增加预制中柱的刚度。所述的钢筒上均匀的开有若干个散能孔，在强震作用下，能够使钢筒多区域进入塑性状态，达到耗能的效果。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为中柱端部与预制顶板连接截面示意图；

图3为位于中柱端部的水平向磁铁与中柱连接截面示意图；

图4为装有套筒结构的中柱部分截面示意图；

图5为套筒散能孔分布示意图。

图中：1-预制顶板，2-预制中柱，3-螺栓群，31-高强弹簧，32-螺栓螺纹柱，4-橡胶，5-铆钉，6-高强磁铁，7-连接板，8-螺栓，9-钢筒，10-橡胶沥青层，11-散能孔，12-铆钉。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进行进一步的说明：

如图1图2所示，本发明的具有减震自复位功能的地铁车站中柱结构，包括位于预制底板上预制中柱2和位于预制中柱2上的预制顶板1，预制顶板1和预制中柱2组成基本框架，所述预制顶板1和预制底板上对称开有适应预制中柱2的凹槽，预制底板凹槽与预制顶板形状和结构均相同，凹槽内的预制中柱2上下两端分别与预制顶板1和预制底板之间设有间隔距离连为一体的螺栓群3，所述的螺栓群3包括间隔距离布置在预制中柱2端面内的多个螺栓8和设在螺栓螺纹柱32上具有高弹性模量的高强弹簧31，所述的螺栓螺纹柱32与预制顶板1之间设有连接板7，连接板7上开有与螺栓螺纹柱32位置相对应的多个螺纹孔，螺纹孔内侧壁螺纹连接紧固螺栓8，通过紧固螺栓8将连接板7安装在预制顶板1和预制混凝土中柱2上。凹槽内的预制中柱2左右两侧分别与预制顶板1和预制底板两侧之间设有间隔距离用铆钉5固定连在一起的高强磁铁6，预制中柱2上下两端设置螺栓群3所开螺栓孔的位置及数量上下对称。所述间隔距离的凹槽内填充有增加车站整体在竖直方向柔性和散能的橡胶4，所述的预制中柱2外露凹槽部分设有钢筒9，钢筒9与预制中柱2之间填充有橡胶沥青层10，使钢筒9、沥青橡胶层10和预制中柱2形成一个整体。所述的钢筒9内壁上设有增加预制中柱2与钢筒9之间连接力的若干个能进行减震与自复位铆钉12；钢筒9上均匀开有进行散能的若干个散能孔11。在预制顶板1和预制混凝土中柱2中间，由于螺栓群3的存在，在再间隔的空隙中填充橡胶4，橡胶为环氧树脂砂浆，能起到进一步的减震作用。

参照图1和图3，在预制顶板1和预制底板的侧边挖一圈凹槽，向其中安装高强磁铁6，并用铆钉5将其与预制顶板1固定，此处使用的铆钉5为无磁性的特殊铆钉。在预制中柱2柱端伸进凹槽的部分，沿柱周也通过铆钉5固定安装有高强磁铁6，利用磁铁的相互的磁力对中柱水平向的稳定起到作用，或可利用电磁力来对中柱进行保护。

为了考虑磁铁6的稳定性并进一步的进行水平向的减震，在分别固定在预制顶板1和预制混凝土中柱2的磁铁6之间也填充橡胶4，进行缓冲，在磁铁6的下底部和预制顶板1之间也填充了橡胶，这样就可以在地震发生时防止上下的震动对磁铁造成伤害。

参照图1、图4和图5，在预制混凝土中柱2外侧套上一层钢筒9，以此来增加预制中柱2的刚度，为了进一步减震，在预制中柱2和钢筒9填充橡胶沥青10，并利用铆钉12将钢筒9和预制中柱2固定在一起。考虑到强震作用下中柱和钢筒均承受着巨大能量，于是在钢筒四周开设若干个散能孔11，在强震作用下，能够使钢筒多区域进入塑性状态，从而达到耗能的目的。散能孔11在钢筒9上的分布可参考图5。

工作原理：在地震发生时，除了本身的重力和上覆土体的重力外，在地震荷载的作用下，地铁车站中柱将会承受水平地震作用所施加的剪切力以及竖向地震作用的惯性力。在研究地下车站的减震时，水平和竖直两个方向都要考虑到。因此利用高强弹簧可以在竖直方向进行减震，利用磁铁可以在水平方向减震。

在正常使用下，预制中柱2、预制顶板1和预制底板通过布置在预制中柱两端的螺栓群进行连接，所述螺栓群由高强弹簧和螺纹柱组成，凹槽与预制中柱之间间隙填充橡胶，这样就已经可以满足日常情况下的缓冲减震。

当地震发生时，常常会伴随着火灾或漏水等情况，因此考虑在预制顶板和预制底板开有的凹槽沿槽壁通过铆钉固定安装高强磁铁磁铁的间隙填充橡胶，磁铁之间的磁力可以抵抗水平向的剪切力，在震后通过磁铁之间的磁力，以及橡胶之间挤压产生的弹力，使预制中柱受力平衡，恢复震前状态，完成自复位。

当遭遇火灾或渗水等突发情况时，高强磁铁仍可正常使用，大大提高了中柱结构的可靠性。预制中柱外部设有钢筒，钢筒、沥青橡胶层和预制中柱形成一个“整体”，增加预制中柱的刚度。所述的钢筒上均匀的开有若干个散能孔，在强震作用下，能够使钢筒多区域进入塑性状态，达到耗能的效果。