[发明专利]一种采用球墨铸铁构件的钢筋面式连接节点

说明书

本发明公开了一种采用球墨铸铁构件的钢筋面式连接节点，包括盾构管片和地铁车站墙柱，盾构管片与地铁车站墙柱通过球墨铸铁构件、齿槽抗剪构件和无粘接段预应力钢筋相连，球墨铸铁构件包括腹部、上翼和下翼，腹部与齿槽抗剪构件相连，盾构管片内设置纵向受拉钢筋，地铁车站墙柱内设置无粘接段预应力钢筋，纵向受拉钢筋、无粘接段预应力钢筋通过纵向钢筋连接套筒相连。本发明节点具有较高的连接强度和耗能性能，适用于复杂地下工程施工，能够同时承受较大弯矩和剪力作用，抗震性能好；采用管片截面嵌入式的球墨铸铁构件可使预埋构件与混凝土变形相协调，避免纵向连接钢筋的集中受力，加强纵向连接钢筋的整体性，形成钢筋的面式连接模式。

技术领域

本发明涉及地下结构工程，具体为一种采用球墨铸铁构件的钢筋面式连接节点。

背景技术

采用在地铁区间盾构隧道基础上扩挖车站的施工方法是解决盾构过站施工中非推进作业过多问题的有效手段。但这种工法施工难度较大，车站结构受力复杂，尤其处于现浇车站主体结构与预制开口环盾构管片间的连接节点是受力及抗震能力最为薄弱部位，也是在地铁区间盾构隧道基础上扩挖车站技术实际施工当中的瓶颈问题。

究其原因，主要在于部分盾构管片的破除改变了原有完整衬砌环的均布受力方式，致使每环管片在衬砌块接头位置进行了内力的重新分配，重新构筑的开口环管片与车站主体结构之间的节点需同时承受来自管片与车站主体结构的复杂外力作用，节点位置承受较大弯矩和剪力作用，间接造成其抗震耗能能力的降低。因此，在隐蔽、空间有限且外力条件复杂的地下施工环境下，节点的构筑难以按照常规工艺进行施工，节点受力和抗震性能难以有效把控。

目前，针对此类节点的构筑工艺主要有两种：1)在盾构管片内预埋钢筋套筒连接；2)在盾构管片内预埋钢板连接。其中，在盾构管片内预埋钢筋套筒连接，其构筑工艺为将钢筋套筒预埋入盾构管片，将盾构管片中纵向受力钢筋与套筒相连，待多余管片拆除后，将车站墙柱结构受力钢筋连入套筒，并浇筑墙柱混凝土；在盾构管片内预埋钢板连接，其构筑工艺为将连接有抗剪键的钢板预埋入盾构管片，将盾构管片纵向受力钢筋与钢板焊接或采用螺栓将钢板固定，待多余管片拆除后，将车站墙柱结构受力钢筋与钢板焊接，并浇筑墙柱混凝土完成节点的构筑施工。

但两种节点构筑模式各有不足，在盾构管片内预埋钢筋套筒连接方式节点抗剪能力弱，节点受力时盾构管片与车站墙柱结构间会出现较大相对滑移，盾构管片与墙柱内钢筋属于点对点连接，各个钢筋单独受力，整体性差，强度低，在集中力作用下，一旦某根钢筋受力屈服，剩余钢筋将依次破坏；在盾构管片内预埋钢板连接方式节点受力时，由于钢板表面光滑且钢板平面外刚度远高于所连接的混凝土刚度，二者产生非协调变形，在受力较小时即产生微小裂缝。钢板上所焊接的抗剪键与周围混凝土相互作用，盾构管片受到外部土压力作用，由于钢板及抗剪键的制约作用，外部土压力转化为抗剪键上部管片截面所受拉力及抗剪键下部管片截面所受压力。由于节点处管片受拉作用面减小，管片截面上部混凝土在受力早期即产生受拉破坏，而由于钢筋与混凝土的相互粘接作用，早期裂缝沿钢筋延伸方向不断向深处发展，最终导致节点处管片截面上部混凝土拉裂破坏，而节点处管片截面下部混凝土随着上部混凝土的破坏，所受压力突然增大，被压碎破坏。

总的来说，现有的节点的构造形式和受力模式，连接强度和耗能性能不够不适用于复杂地下工程施工条件，弯矩、剪力、抗震性能有待进一步提高。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种同时承受较大弯矩和剪力作用的采用球墨铸铁构件的钢筋面式连接节点。

技术方案：本发明所述的一种采用球墨铸铁构件的钢筋面式连接节点，包括盾构管片和地铁车站墙柱，盾构管片与地铁车站墙柱通过球墨铸铁构件、齿槽抗剪构件和无粘接段预应力钢筋相连，球墨铸铁构件包括腹部、上翼和下翼，腹部与齿槽抗剪构件相连，盾构管片内设置纵向受拉钢筋，地铁车站墙柱内设置无粘接段预应力钢筋，纵向受拉钢筋、无粘接段预应力钢筋通过上翼、下翼内的纵向钢筋连接套筒相连。