一种抗震的支座机构及装配式地下结构

技术领域

本申请涉及地下交通建筑技术领域，具体涉及一种抗震的支座机构及装配式地下结构。

背景技术

近年来，我国城市地上空间开发日趋饱和，发展地下交通(如地铁线路)成为缓解交通拥堵的首选方法，但由于我国很多区域处于地震多发地带且地下结构复杂，地下交通的设计修建则需重点考虑抗震、减震方面的情况，通过对震后现场考察发现地下结构发生大面积坍塌的首要原因为地下结构的中柱毁坏，地上结构失去下部支撑导致；

我国抗震设计的具体要求为小震不坏、中震可修、大震不倒，而在现有技术中，通过在地下中柱端布设滑动支座，释放柱端水平约束，用于耗散地震产生的剪切力能量来保证结构稳定，其并未针对不同地震级别作出针对性的约束调整，缺乏应对不同震级地震的响应精准性。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本申请旨在提供一种抗震的支座机构及装配式地下结构。

第一方面本申请提供一种抗震的支座机构，包括：

支撑部，所述支撑部上设有第一凹槽；

顶梁部，所述顶梁部设于所述支撑部上方，所述顶梁部靠近所述支撑部侧设有第一连接面；

连接部，所述连接部设于所述第一连接面，所述连接部远离所述顶梁部端置于所述第一凹槽内；当发生地震的震级小于或等于第一预设阈值时，所述连接部自身可吸收地震产生的振动能量，当地震震级大于或等于第二预设阈值时，所述连接部断裂，释放地震传导至所述连接部自身的振动能量。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一凹槽的槽口处与所述连接部抵接，当地震震级大于或等于第二预设阈值时，所述连接部在与所述槽口抵接位置处断裂，释放对所述支撑部的约束，所述支撑部沿所述第一方向移动。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述支撑部靠近所述顶梁部侧设有下底板，所述第一凹槽设于所述下底板上。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述连接部的材质为陶瓷。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述顶梁部靠近所述支撑部侧设有上顶板，所述上顶板上设有第二凹槽，所述连接部嵌于所述第二凹槽内；所述第一凹槽远离所述顶梁部的内壁为第一内壁，沿第二方向，所述第一连接面至所述第一内壁的垂直距离大于或等于所述连接部的长度，所述第二方向垂直与所述第一方向。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一连接面至所述第一内壁的垂直距离大于所述连接部的长度，所述连接部远离所述上顶板侧与所述第一内壁之间形成第一间隙；当地震震级大于所述第一预设阈值时，所述连接部在与所述槽口抵接位置处断裂，所述连接部断裂后一部分落入所述第一内壁上。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述连接部与所述槽口抵接位置沿所述第一方向处于同一水平线上。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述上顶板靠近所述下底板侧为曲面。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述连接部为直四棱柱。

第二方面本申请提供一种装配式地下结构，所述装配式地下结构包括有多个上述任意一项所述的抗震的支座机构。

综上所述，本申请提出一种抗震的支座机构及装配式地下结构，包括设有第一凹槽的支撑部，和设于所述支撑部上方的顶梁部，顶梁部靠近支撑部侧设有第一连接面，连接部设于第一连接面，连接部远离顶梁部端置于第一凹槽内，当发生地震时，震级小于或等于第一预设阈值时，所述连接部自身可吸收地震产生的振动能量，当地震震级大于或等于第二预设阈值时，所述连接部断裂释放地震产生的振动能量，连接部可通过震级大小调整对支撑部的约束，针对不同地震级别作出针对性的对于中柱柱端的约束调整，可提升应对不同震级地震的响应精准性，实现分级抗震，保证小震不坏、中震可修、大震不倒。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种抗震的支座机构的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种装配式地下结构的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的下底板的平面示意图；

图4为本申请实施例提供的上顶板的平面示意图；

图5为本申请实施例提供的陶瓷棱柱的结构示意图。

图中所述文字标注表示为：

1、顶梁部；2、上顶板；3、下底板；4、支撑部；5、连接部；6、第一凹槽；7、第一内壁；8、第一连接面；9、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

诚如背景技术中提到的，针对现有技术中的问题，本申请提出了一种抗震的支座机构，如图1所示，包括：

支撑部4，所述支撑部4上设有第一凹槽6；可选地，所述支撑部4即地下结构的中柱，中柱沿纵线分布来承载顶部的荷载，由于中柱构件缺少周围土体提供抗力，中柱一旦破坏则会导致整个地下结构发生坍塌，所以在地铁站等地下建筑施工时需对所述支撑部4进行抗震防震的设计。

顶梁部1，所述顶梁部1设于所述支撑部4上方，所述顶梁部1靠近所述支撑部4侧设有第一连接面8；可选地，所述顶梁部1采用自下而上的浇筑方法。

连接部5，所述连接部5设于所述第一连接面8，所述连接部5远离所述顶梁部1端置于所述第一凹槽6内；当发生地震的震级小于或等于第一预设阈值时，所述连接部5自身可吸收地震产生的振动能量，当地震震级大于或等于第二预设阈值时，所述连接部5断裂，释放地震传导至所述连接部5自身的振动能量。可选地，所述连接部5远离所述顶梁部1端有一部分置于所述第一凹槽6内，所述第一凹槽6的开口方向为第二方向，当发生地震时，地震波产生的剪切力的方向为第一方向，所述第一方向与所述第二方向垂直，当发生地震的震级小于或等于第一预设阈值时，说明该次地震为小震程度，此时所述连接部5通过自身材质和结构的设计吸收能量即可保证中柱不损坏，此时所述连接部5和顶梁部1一体成型不被破坏，置于所述第一凹槽6内保证整体结构的完整性，当地震震级大于或等于第二预设阈值时，说明该次地震为大震程度，此时所述连接部5沿剪切力的方向被剪断，释放地震传导至所述连接部自身的能量，所述连接部5断裂极大地保护了所述支撑部4不被剪切力破坏。

当地震发生时，中柱的破坏主要有弯曲破坏、剪切破坏、弯剪组合破坏三种，弯曲破坏主要由于材质弯曲延性不足使得混凝土中柱在反复循环地震载荷作用下，经过几个周期变形后强度明显下降，剪切破坏则是混凝土的剪力传递会造成中柱断裂，无法支撑上部结构导致，弯剪组合破坏则为两者破坏同时存在，所以在小震发生时，中柱基本不会出现剪切失效的情况，即中柱可抵抗剪切力，则无需放开对柱端的约束，而在大震发生时，中柱可能出现整体剪切破坏，结构存在整体塌毁的风险，此时柱端释放约束，保证中柱的结构完整，有效支撑上部结构，该申请针对不同地震级别作出针对性的约束调整，提升应对不同震级地震的响应精准性。

如图1所示，进一步地，所述第一凹槽6的槽口处与所述连接部5抵接，当地震震级大于或等于第二预设阈值时，所述连接部5在与所述槽口抵接位置处断裂，释放对所述支撑部4的约束，所述支撑部4沿所述第一方向移动。可选地，所述第一凹槽6呈槽底比槽口大的燕尾槽型，如图2所示，槽口与槽底均呈正方形，槽口的边长与所述陶瓷棱柱的顶面或底面的边长相同，从开口到所述第一内壁7(槽底)，正方形的边长逐渐增大，槽口内壁恰好卡住所述连接部5，与所述连接部5偏下部位抵接，当地震发生时，所述连接部5从与所述第一凹槽6抵接的接触位置发生断裂，所述支撑部4在所述连接部5剪断后，柱端约束消失，沿所述第一方向移动再释放一部分地震能量，两次能量释放有效保护整体结构的完整性，当地震震级大于所述第一预设阈值，且小于所述第二预设阈值时，说明此次地震为中震程度，此时所述连接部5沿剪切力的方向被剪断即可释放所有地震产生的能量，该方案针对小震、中震、大震的不同响应模式与我国抗震设计要求“小震不坏、中震可修、大震不倒”吻合。

如图1所示，进一步地，所述支撑部4靠近所述顶梁部1侧设有下底板3，所述第一凹槽6设于所述下底板3上。可选地，所述下底板3与所述支撑部4螺栓9连接，设置所述下底板3方便拆卸及安装，在定期检修时提供便利。

进一步地，所述连接部5的材质为陶瓷。可选地，陶瓷材质强度大，可作为抗震首选材质，也可经过微裂纹增韧、相变增韧、裂纹尖端尾流区增韧等方法提高所述连接部5在地震过程中的韧性，在预制过程中可对陶瓷材料引入一定密度的显微裂纹，由于微裂纹在扩展过程中的偏转、弯曲，可耗散大量的能量，可显著提高材料的韧性，进而提高所述连接部5的抗震损伤性能。

如图1所示，进一步地，所述顶梁部1靠近所述支撑部4侧设有上顶板2，所述上顶板2上设有第二凹槽，所述连接部5嵌于所述第二凹槽内；所述第一凹槽6远离所述顶梁部1的内壁为第一内壁7，沿第二方向，所述第一连接面8至所述第一内壁7的垂直距离大于或等于所述连接部5的长度，所述第二方向垂直于所述第一方向。可选地，所述连接部5与所述上顶板2整体预制，再与所述支撑部4螺栓9连接，设置所述上顶板2方便拆卸及安装，在定期检修时提供便利，如图3所示，所述第二凹槽设置于所述上顶板2中部，所述连接部5可恰好嵌入所述第二凹槽，尺寸相适配，所述第一凹槽6底部为所述第一内壁7，所述第一连接面8至所述第一内壁7的垂直距离大于或等于所述连接部5的长度实现所述连接部5在所述第一凹槽6内具有一定的能量耗散空间，当地震发生时其自身吸收的能量可有一定空间耗散，保护结构完整性。

进一步地，所述第一连接面8至所述第一内壁7的垂直距离大于所述连接部5的长度，所述连接部5远离所述上顶板2侧与所述第一内壁7之间形成第一间隙，当地震震级大于所述第一预设阈值时，所述连接部5在与所述槽口抵接位置处断裂，所述连接部5断裂后一部分落入所述第一内壁7上。可选地，所述连接部5的底部与所述第一凹槽6的底部具有所述第一间隙，当地震发生时，所述连接部5断裂掉落至所述第一凹槽6的底部(所述第一内壁7)，此时所述上顶板2和所述下底板3分离，所述支撑部4的约束被释放，大震发生时，所述支撑部4沿所述第一方向移动则不被限制约束，此时震级较大的地震能量通过所述陶瓷棱柱断裂，释放对所述支撑部4的约束，使所述支撑部4来回滑动即可保护所述支撑部4，防止其断裂导致上方结构坍塌。

进一步地，所述连接部5与所述槽口抵接位置沿所述第一方向处于同一水平线上。可选地，所述连接部5与所述槽口抵接位置沿所述第一方向处于同一水平线上可保证在地震震级较大时，引起所述陶瓷棱柱断裂，所述抵接位置为地震时所述陶瓷棱柱的受力位置，受力处于同一水平线时就不会产生弯矩，即可避免地震时陶瓷棱柱的弯曲破坏，此时只发生剪切破坏。

进一步地，所述上顶板2靠近所述下底板3侧为曲面。可选地，所述上顶板2靠近所述下底板3侧为曲面弧形，所述下底板3靠近所述上顶板2侧也具有一定弧度，且沿所述第一方向的长度大于所述下底板3，当所述连接部5受到中震或大震的剪切力断裂后，所述支撑部4通过弧形接触面可实现来回滑动，也可在地震结束后自动复位。

如图5所示，进一步地，所述连接部5为直四棱柱。可选地，棱柱型结构相较于棱锥型结构的表面积较大，可释放的能量较多，可更有效的提升结构稳定性，而对于所述连接部5的陶瓷棱柱结构和尺寸，需要基于数值模拟的方法确定陶瓷棱柱在相应震级下的剪力需求，数值计算模型如图1所示。具体地，首先，将地铁站模拟为一个长方体结构，该长方体结构底部模拟所述下底板3，顶部模拟所述上顶板2，该长方体结构的高为H，确定下底板3的水平和竖直的自由度，将上覆土体的质量均匀分布施加于所述长方体结构的顶部，在长方体结构顶部施加水平位移使顶板和底板产生水平相对位移△S，根据规范定义结构层间位移角μ＝△S/H，选取结构不可修复阶段的层间位移角限值(0.72)作为支座上顶板2和下底板3产生相对滑动的标准，即令μ＝0.72，此时提取陶瓷棱柱顶部截面的剪力作为中柱的需求剪力(Fs)，支座所述上顶板2和所述下底板3产生相对滑动的标准可以根据实际抗震需求进行调整，其需求剪力的计算方法与以上步骤相同。

表1地下结构抗震性能指标分级(层间位移角)

陶瓷棱柱的横截面边长a根据下式计算：

其中：Fs–柱子的在相应震级下的剪力需求，τ

为了降低支座上、下顶板开孔对其强度的过度削弱，陶瓷棱柱的尺寸a应为L/10～L/5(其中L为支座短边的长度，如果不满足则通过改变陶瓷抗剪强度进行调整)。

实施例2

在实施例1的基础之上，本申请提出了一种装配式地下结构，所述装配式地下结构包括有多个上述任意一项所述的抗震的支座机构。可选地，如图2所示，所述装配式地下结构包括在各所述支撑中柱上设置的抗震的支座机构，整个抗震装置采用装配式结构，便于加工和安装，具有可替换性，在发生地震后可方便拆卸更换，其整体性好、刚度大，预制结构可有效减少施工及安装的周期及难度，可引入模块化批量生产，将上顶板2、下底板3及连接部5模块化批量生产，若在地震发生时产生结构损坏，可以直接更换预制好的模块，省时省力，实现快速修复及更换，保证地下结构不间断的承载能力，保证地下交通站的持续运行。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。