CN102926407B - 吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟 - Google Patents

Abstract

本发明一种吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，隔振沟设于被保护建筑物与倒塌建筑物之间，所述隔振沟的横断面为等腰梯形，所述隔振沟包括有第一沟体及第二沟体，所述第二沟体的横断面为等腰梯形，所述第一沟体及所述第二沟体内分别填充有第一填充物及第二填充物，所述倒塌建筑物处传播介质的波阻抗、所述第一填充物的波阻抗及所述第二填充物的波阻抗依次减小。通过在被保护建筑物与倒塌建筑物之间设置隔振沟，利用波的反射和折射原理，将隔振沟的形状设置为梯形，并将隔振沟设置为两部分，分别填充有不同的传播介质，改变倒塌建筑物倒塌所产生的地震波的大部分能量的传播方向，只有极少部分能量向被保护建筑物传播，起到截波防震的效果。

Description

吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟

技术领域

本发明涉及建筑物隔振技术领域，尤其是指一种吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟。

背景技术

超大型冷却塔是采用二次循环冷却系统的核电站中关键的建构筑物。目前世界上并无核电站冷却塔的建造经验。根据现有的行业认知，1000MW级别核电站的冷却塔，塔高一般需要达到200m以上，零米直径180m以上。计算发现，当超大型冷却塔上部结构在外部偶然荷载作用下，会产生整体下落、局部完整下落、局部碎片塌落等状态。其中，整体下落造成的地面振动加速度最大，以距离塌落点200m处为例，竖向峰值振动加速度可达2.4m/s²，可视为Ⅷ度的当量地震。根据核电厂的整体规划与布置，此级别的地面振动必然会对核岛区域产生影响，会造成核岛建筑物结构应力畸变、设备仪器仪表读数突变等。

为了减小冷却塔塌落产生的地面振动对核岛的影响，必须采取必要的措施降低此种地面振动。根据现有工程经验，主要有两种减振思路。

第一种可视为主动减振措施。主动减振是对超大型冷却塔本身进行分析，研究各种极端偶然荷载作用下，超大型冷却塔的破坏点及倒塌模式。针对各种荷载对应的超大型冷却塔破坏点与薄弱点，进行必要的结构加强措施，如增强配筋、增加结构延性等。此种方式可有效防止冷却塔在多数偶然荷载作用下发生坍塌。但是主动减振仍然存在局限性，由于冷却塔的结构体型、地基条件、以及结构设计认识的限制，无法对所有外部偶然荷载作用下冷却塔结构的薄弱点都进行结构加强。此外，受限于目前施工作业水平，超大型冷却塔塔体仍存在施工缺陷的可能性。因此在外部极端偶然荷载作用下，超大型冷却塔仍具有倒塌的可能。此情况在相似的工程中曾多次出现。英国渡桥电厂的八座114米高的冷却塔中的3座在一阵远低于50年一遇的强风(基本风速约18.8m/s，瞬时风速35.8m/s)作用下先后倒塌，而其余的冷却塔均出现了不同程度的裂缝，调查的结论是强度破坏。1973年，Ardeer电厂的单座137米高冷却塔在中等风速倒塌。其倒塌原因是因为施工缺陷造成了环向应力超标，在事故以前，塔身上就已出现了大量子午向裂缝。1979年，Bouchain的一座使用超过10年的冷却塔在微风中倒塌，原因可能是施工时就已经存在严重的几何误差并累计恶化。

以上分析及实例说明，主动减振可极大的减小冷却塔的倒塌可能性，但是并不能完全保证超大型冷却塔不发生意外倒塌。

第二种措施为被动减振措施。被动减振措施主要思想是在地面设置地面减振带吸收振动能量，现有技术并无针对冷却塔的被动减振措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，其能够有效吸收倒塌建筑物倒塌时产生的地面振动，降低倒塌建筑物倒塌时会被保护建筑物的影响，提高被保护建筑物的安全性。

本发明的目的是这样实现的：

一种吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，所述隔振沟设于被保护建筑物与倒塌建筑物之间，所述隔振沟的横断面为等腰梯形，所述隔振沟包括有第一沟体及第二沟体，所述第二沟体靠近所述被保护建筑物设置，且所述第二沟体的横断面为等腰梯形，所述第一沟体及所述第二沟体内分别填充有第一填充物及第二填充物，且所述倒塌建筑物处传播介质的波阻抗、所述第一填充物的波阻抗及所述第二填充物的波阻抗依次减小。

由波的特点可知，如果地震波在传播过程中遇到像岩石中的层理面、节理面、断层面和自由面，或者在传播过程中介质性质发生了变化时，那么地震波的一部分能量会从交界面反射回来，另一部分则折射过交界面进入第二种介质。并且地震波由波阻抗大的介质进入波阻抗小的介质时，折射波的能量会大大衰减。也就是振动波以压缩入射波的形式从振动源中心向外传播，其介质的波阻抗为ρ₁c₁，由于沟槽中空气介质的波阻抗ρ₂c₂远远小于ρ₁c₁，所以，通过自由面A进入隔振沟的地震波会衰减，能量大大减小。当隔振沟的深度足够深时，只有小部分能量通过隔振沟底部介质绕射到隔振沟另一侧波阻抗为ρ₃c₃的介质中。这样隔振沟就可截断地震波大部分能量向被保护建筑物传播，即起到截波防震的效果。

通过设置所述隔振沟将所述倒塌建筑物倒塌时产生的地震波，当地震波从振源(倒塌建筑物)发出之后，在分别进入所述第一沟体及所述第二沟体时，经过两次双向反射、折射，将地震波最终转化为铅直方向与水平方向，最终吸收倒塌建筑物倒塌产生的地面振动的95％以上，减少倒塌建筑物倒塌对被保护建筑物的影响。

在其中一个实施例中，所述隔振沟与所述被保护建筑物平行设置。

在其中一个实施例中，所述倒塌建筑物的半径或宽度的一半为R，所述隔振沟中心与所述倒塌建筑物的距离为X，所述被保护建筑物的长度L₁，所述隔振沟的长度为L₂，所述被保护建筑物距离所述倒塌建筑物中心的距离为L，则L₂＝(X+R)L₁/L。

在其中一个实施例中，所述隔振沟的深度H₁为所述倒塌建筑物倒塌时的振动强度点深度的一半。

在其中一个实施例中，所述第一沟体的宽度B₁与所述第二沟体的上底宽度B₃相等。

在其中一个实施例中，所述第一沟体的斜面的坡面比Y为1:1.0～1:2.0，则所述第二沟体的下底宽度B₂＝B₁+2*Y*H₁。

在其中一个实施例中，所述隔振沟的顶面距离地面的距离为500mm。

在其中一个实施例中，所述第一填充物为细砂，所述第二填充物为软土。

本发明吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过在被保护建筑物与倒塌建筑物之间设置隔振沟，利用波的反射和折射原理，将隔振沟的形状设置为梯形，并将隔振沟设置为两部分，分别填充有不同的传播介质，改变倒塌建筑物倒塌所产生的地震波的大部分能量的传播方向，只有极少部分能量向被保护建筑物传播，起到截波防震的效果。

附图说明

图1为本发明吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟与建筑物的平面布置图；

图2为本发明吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟的横断面图；

图3为地震波经过本发明吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟的传播方向示意图。

具体实施方式

本发明吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，所述隔振沟设于所述被保护建筑物与所述倒塌建筑物之间。如图1所示，本实施例以所述隔振沟13设置于核电厂为例，所述被保护建筑物为核岛区11、所述倒塌建筑物12为冷却塔，所述隔振沟13设于所述核岛区11与所述冷却塔12之间。

如图2所示，所述隔振沟13的横断面为等腰梯形，且所述隔振沟13与所述核岛区11平行设置。本实施例优选所述隔振沟13距离地面的预留有500mm距离，在所述隔振沟13的上面做路面硬化处理，以方便厂区的通行。

所述冷却塔12包括有水池，所述水池的半径为R，所述隔振沟13中心与所述倒塌建筑物的距离为X，所述核岛区11的长度L₁(即所述核岛区11与所述隔振沟13平行方向的长度)，所述隔振沟13的长度为L₂，所述核岛区11距离所述冷却塔12中心的距离为L，则L₂＝(X+R)L₁/L。其中，所述核岛区11的长度L₁、所述核岛区11距离所述冷却塔12中心的距离L及所述冷却塔12水池的半径R可通过测量得知，X可根据实地需要设置不同的值，本实施例优选X取值为100米，那么，通过式L₂＝(100+R)L₁/L可得出所述隔振沟13的长度值。

由波的特点可知，如果地震波在传播过程中遇到像岩石中的层理面、节理面、断层面和自由面，或者在传播过程中介质性质发生了变化时，那么地震波的一部分能量会从交界面反射回来，另一部分则折射过交界面进入第二种介质。并且地震波由波阻抗大的介质进入波阻抗小的介质时，折射波的能量会大大衰减。如图3所示，也就是振动波以压缩入射波的形式从振动源中心向外传播，其介质的波阻抗为ρ₁c₁，由于沟槽中空气介质的波阻抗ρ₂c₂远远小于ρ₁c₁，所以，通过自由面A进入隔振沟13的地震波会衰减，能量大大减小。当隔振沟13的深度足够深时，只有小部分能量通过隔振沟13部介质绕射到隔振沟另一侧波阻抗为ρ₃c₃的介质中。这样隔振沟13可截断地震波大部分能量向被保护建筑物传播，即起到截波防震的效果。

所述隔振沟13包括有两部分，从所述冷却塔12至所述核岛区11依次设有第一沟体14及第二沟体15，所述第一沟体14的形状为平行四边形，所述第二沟体15的形状为与所述隔振沟13相似的等腰梯形。所述第一沟体14及所述第二沟体15内分别填充有第一填充物及第二填充物，且所述冷却塔12处(振源处)的传播介质的波阻抗ρ₁c₁、所述第一填充物的波阻抗ρ₂c₂及所述第二填充物的波阻抗ρ₃c₃依次减小。在本实施例中，优选所述第一填充物为细砂，所述第二填充物为软土。

为了更好的发挥所述隔振沟13的隔振效果，确定所述第一填充物的波阻抗ρ₂c₂及所述第二填充物的波阻抗ρ₃c₃等的数值依据。采取有限单元计算方法，在有限元计算中，地基土传输振动的本构方程应通过物理模型试验确定。通过这些关键点的测量值反演出地基土的本构方程及基土的密度ρ、动剪切模量G、等效剪切波速Vse等相关参数。本发明采用通过物理模型试验采用重锤落地并记录不同距离点的加速度响应。

试验按照以下步骤进行：

(1)选定试验A～试验D的试验点位置。

本实施例按下表设置试验A～试验D

夯锤落地振动现场测试试验测点布置

(2)使用全站仪放样并标明与各试验点对应的加速度测点的位置。

(3)在施工进行到选定进行试验的第一个试验点之前，在相应于该试验点的各测点处布置好振动传感器及数据采集系统。

(4)对数据采集系统进行简单的调试(在离各测点较近的地面上做跺脚、跳跃等动作以测试加速度传感器的信号接收情况)。

(5)待现场施工进行到试验点A时，开启数据采集系统，采集并记录由加速度传感器测得的测点处横向及竖向地面振动时程。

(6)完成该试验点A的数据采集后，将试验设备转移到与试验点B对应的各测点处，并重复步骤(4)错误！未找到引用源。和步骤(5)，以此类推，直到完成所有试验点的试验。

通过上述试验得出各个测点不同时刻的地震震动情况，得出试验点的等效剪切波速Vse，再根据测得统计相邻波峰的时间间隔t，t×Vse得出振动的等效波长λ。

所述隔振沟13的深度H₁为所述倒塌建筑物倒塌时的振动强度深度的一半，可根据需要抵抗的振动强度的数值确定所述隔振沟13的深度H₁。所述第一沟体14的宽度B₁与所述第二沟体15的上底宽度B₃相等，所述倒塌建筑物倒塌时振动的半波长λ，因此，可根据试验确定所述第一沟体14及所述第二沟体15的宽度。所述第一沟体14的斜面141的坡面比Y为1:1.0～1:2.0，同理，所述第二沟体15的斜面151的坡面比Y为1:1.0～1:2.0，在本优选实施例中，所述第一沟体14的斜面的波面比为1：1.5，同理，所述第二沟体15的等腰梯形的坡面比1：1.5；因此所述第二沟体15的下底宽度B₂＝B₁+2*1.5*H₁。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，其特征在于，所述隔振沟设于被保护建筑物与倒塌建筑物之间，且所述隔振沟与所述被保护建筑物平行设置，所述隔振沟的横断面为等腰梯形，所述隔振沟包括有第一沟体及第二沟体，所述第一沟体的形状为平行四边形，所述第二沟体靠近所述被保护建筑物设置，且所述第二沟体的横断面为等腰梯形，所述第一沟体及所述第二沟体内分别填充有第一填充物及第二填充物，且所述倒塌建筑物处传播介质的波阻抗、所述第一填充物的波阻抗及所述第二填充物的波阻抗依次减小；

所述倒塌建筑物的半径或宽度的一半为R，所述隔振沟中心与所述倒塌建筑物的距离为X，所述被保护建筑物的长度L₁，所述隔振沟的长度为L₂，所述被保护建筑物距离所述倒塌建筑物中心的距离为L，则L₂＝(X+R)L₁/L。

2.根据权利要求1所述的吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，其特征在于，所述隔振沟的深度H₁为所述倒塌建筑物倒塌时的振动强度点深度的一半。

3.根据权利要求2所述的吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，其特征在于，所述第一沟体的宽度B₁与所述第二沟体的上底宽度B₃相等。

4.根据权利要求3所述的吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，其特征在于，所述第一沟体的斜面的坡面比Y为1:1.0～1:2.0，则所述第二沟体的下底宽度B₂＝B₁+2*Y*H₁。

5.根据权利要求1所述的吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，其特征在于，所述隔振沟的顶面距离地面的距离为500mm。

6.根据权利要求1所述的吸收倒塌建筑物产生的地面振动的隔振沟，其特征在于，所述第一填充物为细砂，所述第二填充物为软土。