[发明专利]一种用于地下结构中柱的双向滑移装置及应用

说明书

本发明公开了一种用于地下结构中柱的双向滑移装置及应用，包括一核心滑块，其上下面分别设置圆弧形的凹滑面，且两个凹滑面的设置方向为彼此正交；两固定块，其分别位于核心滑块的上下两端，且其面向核心滑块的一面均为与核心滑块的凹滑面相匹配的凸滑面；若干滚棒，其位于核心滑块和两固定块之间，使核心滑块和两固定块之间形成滚动接触；和若干支撑棒，用于将核心滑块和两固定块之间形成弱连接。地震时，核心滑块可在上下固定块之间滑动，使得地下地铁车站结构的层间相对变形不直接施加于中柱，即中柱在竖向承载能力不变的同时水平变形有效地减小，保证了地震过程中地下结构关键支撑构件的安全性能，大大减轻地下结构在地震中可能出现的破坏。

技术领域

本发明涉及地下结构工程的建设领域，尤其是涉及一种用于地下结构中柱的双向滑移装置及应用。

背景技术

近年来，随着世界各国城市化进程的不断推进，国内外学者逐渐意识到开发利用地下空间将成为重要的发展方向。地下结构在城市建设、交通运输、国防工程、水利工程等各个领域得到了越来越广泛的应用，如铁路隧道，地铁工程，地下商场，防空工程等。实践表明，21世纪是地下空间开发利用的世纪，而且目前地下空间的开发和地下结构的建设已经在世界范围内进入了快速发展的高峰期。

对于城市交通领域，以地铁工程为骨干的大运量快速公共交通系统在解决城市交通运输问题上发挥着不可或缺的作用。虽然地下工程的发展日益蓬勃，但是地下工程也面临着挑战——地震的作用。特别是1995年的日本阪神7.2级地震，神户市内地下结构发生了有史以来最严重的破坏，地铁、地下停车场、地下隧道和地下商业街等大量地下工程均发生严重破坏。其中，最引人注意的是地铁车站的破坏，地震中共有5个地铁车站和约3km的地铁区间隧道发生破坏，其中大开地铁车站的破坏最为严重，一半以上的中柱完全坍塌，导致顶板坍塌破坏和上覆土层的沉降，最大沉降量达2.5m之多。

相关研究表明，地震引起的竖向震动有可能是导致地下结构破坏的关键因素，特别是，对于浅埋地下结构，其上覆土体可能在地震作用初始阶段发生剪切破坏，与地下结构周围的其它土体已不是一个连续的整体，在后续的地震反应中，这些上覆土体的作用仅是堆积在地下结构顶板上与周围土体发生弱连接的堆积土（类似于回填土体），因此对地下结构的约束作用和地震反应影响也完全不同于连续土体对应的情况。然而，上覆土体竖向惯性力作用对地下结构的关键支撑构件的竖向受力评价会产生极大影响，实际上是改变了支撑柱的轴压比，从而改变了支撑柱的抗剪切强度和变形性能。对地下结构地震反应受力而言，支撑柱的抗剪切强度提高而极限变形能力降低是不利的，这意味着支撑柱将分担更多的由于土层变形而作用在地下结构上的水平向剪力，同时，其极限变形能力的降低使得它可能先于侧墙遭到破坏，进而导致顶板以及地下结构体系的整体毁坏。因此，如何解决或减小地震作用对地下结构的破坏，提高地下结构及建筑的抗震能力成为亟待解决的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明基于地下结构的震害特点以及地下结构的破坏机理，提供一种用于地下结构中柱的双向滑移装置及应用，以替代传统地下结构中的普通整体固结的梁柱节点，保证了地震过程中地下结构关键支撑构件的安全性能，大大减轻地下结构在地震中可能出现的破坏。具体技术方案如下：

本发明提供的一种用于地下结构中柱的双向滑移装置，包括一核心滑块，其上下面分别设置圆弧形的凹滑面，且两个凹滑面的设置方向为彼此正交；两固定块，其分别位于核心滑块的上下两端，且其面向核心滑块的一面均为与核心滑块的凹滑面相匹配的凸滑面；若干滚棒，其位于核心滑块和两固定块之间，使核心滑块和两固定块之间形成滚动接触；和若干支撑棒，用于将核心滑块和两固定块之间形成弱连接。

前述的用于地下结构中柱的双向滑移装置，所述核心滑块的两个凹滑面为光滑弧面；所述两固定块的凸滑面上均设有横跨弧面的等间隔设置的滚棒滑槽，且所述滚棒滑槽的横截面为圆心角大于180°的圆弧形。

优选的，所述滚棒自一端嵌设在两固定块凸滑面上的滚棒滑槽内，且滚棒横截面的半径略小于所述滚棒滑槽横截面圆弧的半径，使其能够在滚棒滑槽内滑动。