[01159427]一种拱式变刚度耗能减震地下结构及施工方法

1.课题来源与背景 近年来随着经济发展和城市化进程加速,城市用地越显紧张,地下空间的开发和利用率逐年增高,地铁、地下停车场、地下商业街等大规模地下建筑物的修建,一旦发生强震很可能造成巨大的损失,故地下结构的抗震设计是保证地下结构安全的重要部分。目前,地下结构物大部分通过加强结构构件自身的强度和刚度或利用构件弹塑性变形和消能装置来耗散地震输入的能量,许多结构通过将抗震装置安装在地下外墙体上来减小地震影响。然而这些方法都是通过被动控制来达到预期减震目的,其只适用于窄工作频带,而在较宽工作频带或可能遇到的随机冲击等条件下不具备良好的减震效果,故要克服上述缺点,必须使地下结构构件做到可以根据外界环境的变化,自适应地主动调节其工作参数。 2.技术原理及性能指标 本发明引入一种智能材料形状记忆合金,将地下结构和形状记忆合金有机结合,提出一种具有较大工作附加刚度,同时其又具有一定的主动调节范围的拱式变刚度耗能减震地下结构及施工方法,可以使地下结构具有较好的抗震性能。结构包括含拱门式框架、主动变刚度装置、高阻尼橡胶隔层和锚索;含拱门式框架包括立柱、连续梁、钢管拱、拱上支撑柱、刚性垫块、定滑轮和传感器;主动变刚度装置包括方形外筒、矩形滑动块、形状记忆合金丝和紧绳器;刚性垫块顶面与方形外筒底面形心对准并焊接,立柱与土体之间的空隙填充高阻尼橡胶隔层,锚索一端穿过定滑轮和拱上支撑柱与紧绳器焊接连接,另一端穿过立柱和高阻尼橡胶隔层锚固于稳定土层中。利用形状记忆合金马氏体相变形状记忆效应,并与高阻尼橡胶隔层共同工作,主动给框架结构附加了刚度,避免了地下结构与土体发生共振,使地下结构具有较好抗震性能。 3.技术的创造性与先进性 （1）相邻两个立柱之间架设钢管拱,通过拱上支撑柱将连续梁的部分荷载传递到钢管拱,充分利用拱效应原理,可以大幅度提升框架连续梁的抗弯刚度和竖向承载力,优化了连续梁受力,因此可以适当的增加地下结构的跨度,使得地下结构的空间更加宽敞。 （2）钢管拱和连续梁之间设置的主动变刚度控制系统,通过热电致冷片给形状记忆合金加热升温,使其充分发挥形状记忆效应,能够适应不同的能量级荷载,主动地将锚索锚固力附加给框架结构,使框架结构具有自适应变刚度能力,减小了框架主体结构与土体之间的刚度差异,同时结合高阻尼橡胶隔层可以更有效地改善地下结构耗能能力。 （3）本发明结构可广泛用于地下结构减震,且承载力高、空间利用率合理、制造成本低以及后期维护方便等优点。 4.技术的成熟程度,适用范围和安全性 现已掌握本成果的工艺流程,广泛适用地下结构抗震,基于自适应和主动调节的设计理念,提出一种拱式变刚度耗能减震地下结构及施工方法。 5.应用情况及存在的问题 已经与企业合作,将技术应用于地下结构减震技术领域,仍需扩大推广应用范围。 6. 历年获奖情况 无。