CN106460354B - 用于建筑结构抗震保护的复合地基 - Google Patents

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Abstract

用于建筑结构等的用于衰减地震作用的复合地基，其特征在于，其包括多个相互叠置的混凝土板，其中所述混凝土板具有适当布置的空腔，自由振荡的金属块(2)布置在空腔中。

Description

用于建筑结构抗震保护的复合地基
技术领域
本发明涉及抗地震事件的结构保护领域。在现有技术中，用于设计地震带中的建筑结构的可用工具分为两类：(i)地震耗散器和(ii)隔震器。
背景技术
(i)直接插入要保护的结构中的耗散系统(例如迟滞机械元件)耗散由地震事件所产生的能量，防止能量传输至建筑结构中。虽然一方面提供这种耗散元件避免了结构损坏，但在另一方面，耗散元件中的永久性变形集中的事实可导致以下不利影响：
·增加了建筑结构对于进一步地震事件的脆弱度；
·关于设计响应，改变了建构结构的地震响应，二阶效应变得显著；
·维护操作和可能地替换耗散元件的操作存在困难。
(ii)地震隔离是指在地基和上部结构之间插入“隔震器”系统，该“隔震器”通过增大与结构系统的角频率相关的振荡周期，使传输至建筑物的地震能量的量极大地下降。然而，这种类型的解决方案的主要缺点是对于具有高的主振动周期(高楼层数)的建筑结构和具有低刚度性能的地基土壤(比如粘土)均是低效率的。
发明内容
在本发明中，我们提出了一种用于建筑结构的新型地震防护装置，我们称之为“复合地基”，所述“复合地基”除了具有较高的效率外，还不具有市场上的耗散器的缺点和隔离器的缺点。
本专利申请中的复合地基是通过叠置数块混凝土板制成；每块混凝土板由“MAT1”材料(例如，钢筋混凝土)制成，所述板配备有周期性地设置并采用“MAT2”材料(例如，铅)填充的空腔。MAT2借助于“MAT3”材料与“MAT1”隔离开，这种“MAT3”材料的特征在于较低的弹性模量。这种材料块的目的是部分地限制空腔内的金属块在水平面上的移动。在一块混凝土板和另一块混凝土板之间按顺序为：钢板，聚四氟乙烯板，另一块钢板，如此使得接触表面具有低的摩擦系数。所述混凝土板仅通过由“MAT4”材料覆盖的公-母类型的竖向连接件相互横向结合，“MAT4”材料的特征还在于具有较低的弹性模量值。以这种方式设置的系统对于竖向作用是非常刚性的，而对于水平作用则刚性很小。
具体实施方式
所述复合地基的基本单元的实现实例(前视平面图)显示在图1中(计量单位：厘米)，其中：
-区域1为由“MAT1”材料制成的外部框架；
-区域2为由“MAT2”材料制成的内部块；
-元件3为由“MAT3”材料制成的块；
-元件4为由“MAT4”材料制成的块。
图2详细示出了图1中以名称PART.A和PART.B指出的区域。图PART.A-1和PART.A-2分别为将叠置的混凝土板横向结合的公-母节点的顶部和底部轴测图。
反之，图PART.B显示了圆柱状的内部块的轴测图，该内部块通过4个“MAT3”材料块被横向连接至外部框架。
复合地基必须插入到要保护的建筑结构的地基的下面。所述复合地基可以以两种方式插入，即直接接触传统地基(直接连接)，或通过将其与传统地基分离的土壤层(间接连接)。
复合地基关于竖向作用的高刚度允许限制上方的结构的差异化沉降，而且关于水平作用的低刚度允许与入射地震波的波长无关地获得对地震应力的响应。
此外，以这种方式布置的内部块具有在平面中的各向同性特性，即复合地基具有一种不依赖于地震波应力的响应，即次级波或横波，无论其在平面中的方向如何。
图3中显示了本发明的复合地基在土木结构的地震防护领域中的安装示例。
该复合地基包括具有谐振器5和中空空间6的钢筋混凝土板。
沿平面的延伸标明了防护地震波的区域(等同于要保护的建筑物的规划区)，而在垂直于平面的方向上的延伸是作为用于地震波的复合地基的真实系统。
本发明的工作原理是基于波在以周期性结构制成的材料中传播的理论，在该周期性结构内部，信号的一些频率分量具有渐逝特征(evanescent feature)，并且因此它们不传播。
根据以简化方式描述了本发明的复合地基的特性的一维离散系统的运动方程，获得ω为4°的分散关系(dispersion relation)，其以下列方程示出：
Figure BPA0000228880860000031
其中
i为虚数单位
ω为角频率(rad/sec)
q为波数(rad/m)
L为周期性结构之间的距离(m)
m1为外部材料的质量(kg)(MAT1)
m2为内部材料的质量(kg)(MAT2)
k1为外部材料的轴向刚度(N/m)(MAT3)
k2为覆盖m2的材料的轴向刚度(N/m)(MAT4)
b1为外部材料的粘性阻尼系数(Ns/m)(隔离复合地基的混凝土板的低摩擦层)
b2为内部材料的粘性阻尼系数(Ns/m)(隔离复合地基的内部块的低摩擦层)。
方程(1)具有特征在于两个分部的解，即被定义为光学分部和声学分部的两个分部。在两个分部之间存在被称为“带隙”的区域，在其中，角频率与虚数相关联。在该“带隙”内，振动根据以下e-nβ类型的指数定律减小，其中n等于被通过的内部结构的数量，而β是在共振条件下趋向于无穷大的衰减系数。
因此，波频率与复合地基本身的共振频率越接近，则复合地基的空间衰减越高。也就是说，地震横波中的衰减最大的频率分量是频率接近复合地基的共振频率的那些频率分量。如前所述，这种频率与内部块的共振频率一致。考虑到设计观点，以合适的方式选择这种频率是很重要的，例如，其可以等于必须安装该复合地基处的土壤区域的共振频率，以限制局部的地震放大效应，或者其可以等于要保护的结构的主模式的频率，以衰减地震所引起的应力的量。
对地震信号振幅的衰减的有效性已经借助于一维模型的解析解以及通过有限元法的数值模拟进行评估。以下提出了应用于结构的复合地基的设计示例。
为了这个目标，我们构思了一种由4块钢筋混凝土板叠置制成的复合地基，钢筋混凝土板的尺寸为5.4m×5.4m，高度为0.2m，在钢筋混凝土板的内部具有由铅制成的圆柱状块，该块的直径等于0.3m，高度为0.2m。这种耗散器的基本单元显示在图1中。
在混凝土板之间具有摩擦系数为0.03的钢-聚四氟乙烯层。这些混凝土板利用4个圆柱状连接件相互横向结合，这些连接件由钢筋混凝土制成，具有等于0.25m的直径和等于0.1m的高度，这些连接件与杨氏模量等于1000kpa的橡胶块相互作用。每块板内部的铅块数量等于96。内部块通过杨氏模量等于1000kpa的橡胶块连接至外部框架，以允许实现为f0＝7Hz的、内部块的共振频率。
上述系统就像具有以下质量参数和刚性参数的一维离散系统(1-D)：
m1＝9769kg(钢筋混凝土的质量)
m2＝15743kg(由铅制成的内部块的总质量)
k1＝160000N/m(公-母节点的轴向刚度的总和)
k2＝30000000N/m(相当于具有96个谐振器的系统的轴向刚度)。
通过依据有限差分法编写具有8个自由度(内部质量的4个自由度，和外部质量的4个自由度)的系统运动方程，确定经受任何加速度图(accelerogram)的系统的响应是可能的。
图4显示了在基部经受加速度(Tolmezzo accelerogram(托尔梅佐加速度图)1976)的有关复合地基的FEM 3-D分析结果和一维有限差分析结果的对比。
图4中的部分a显示了在时域中获得的结果。可以看出在一维模型(连续曲线)和三维模型(折线曲线)之间的优化对应性。
图4中的部分b显示了在频域中获得的结果。从图中可以看出，存在其中输出信号相对于输入信号被放大的第一频率范围(0-0.7Hz)，以及其中信号的振幅明显下降的第二频率范围(0.7-10Hz)。
最后，为提高复合地基在抵抗地震对建筑结构的影响方面的效率，已经在设有上述限定的复合地基的情况下，评估了Tolmezzo accelerogram(1976)的反应谱。
图5显示了在没有复合地基(连续曲线7数值计算)和具有复合地基(分析计算曲线8，和数值计算断续曲线9)的情况下、关于5％阻尼的反应谱。
结果显示，在具有复合地基的情况下，地震作用的量大幅度下降(约16倍)，尤其是对于范围为0至1.5s的时段(在实践中，反应谱的纵坐标有更多意义)。
以这种方式构造的复合地基可以被定义为抵抗地震作用的主动保护系统，因为，由于被置于建筑结构的地基的下面，它耗散了对建筑结构本身危害最大的频率分量的能量含量，从而防止建筑结构发生永久变形。

Claims (7)

1.用于衰减地震作用的复合地基，用于建筑结构，其中，所述复合地基由相互叠置的多个混凝土板(5)制成；每块混凝土板由第一材料(MAT1)制成，并且所述混凝土板(5)配备有周期性地布置的空腔，所述空腔由第二材料(MAT2)形成的质量块(2)填充，所述第二材料(MAT2)借助于由第三材料(MAT3)形成的材料块与所述第一材料(MAT1)隔离开，所述第三材料(MAT3)具有低的弹性模量值，所述材料块用以部分地限制所述空腔内的所述质量块在水平面上的移动；在一块所述混凝土板(5)和另一块所述混凝土板(5)之间按顺序插入钢板、聚四氟乙烯板、另一钢板，由此在所述混凝土板之间形成具有低摩擦系数的接触表面，所述混凝土板(5)仅通过由第四材料(MAT4)覆盖的公-母类型的竖向连接件而相互横向结合，所述第四材料也具有低的弹性模量值。
2.根据权利要求1所述的复合地基，其中所述公-母类型的竖向连接件由弹性模量低于5MPa的聚合物混合物制成的元件覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的复合地基，其中由钢制成的所述质量块设置在所述混凝土板(5)中的所述空腔内。
4.根据权利要求1或2所述的复合地基，其中由钨制成的所述质量块设置在所述混凝土板(5)中的所述空腔内。
5.根据权利要求1或2所述的复合地基，其中由铅制成的所述质量块设置在所述混凝土板(5)中的所述空腔内。
6.根据权利要求1或2所述的复合地基，其中设置在所述混凝土板(5)中的所述空腔内的所述质量块由弹性模量低于5MPa的聚合物混合物制成的元件覆盖。
7.根据权利要求1所述的复合地基，其中所述第一材料(MAT1)是钢筋混凝土。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110984436B (zh) * 2019-12-20 2022-05-24 江西奇信集团股份有限公司 一种隔墙板及其建筑隔墙的制备安装方法
CN114896867B (zh) * 2022-04-21 2023-05-12 华东交通大学 一种隔震结构及其设计方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1318826A (zh) * 2000-04-14 2001-10-24 香港科技大学 具有负弹性常数的组合材料及其制法
EP1484450A2 (en) * 2003-06-02 2004-12-08 Nikolaos Drougos Aseismic foundation
CN101836095A (zh) * 2007-10-31 2010-09-15 纳幕尔杜邦公司 振动吸收器
CN202064676U (zh) * 2011-05-20 2011-12-07 叶耀林 防震建筑
CA2856108A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 Giuseppe GENTILI Seismic dissipation module made up of compression-resistant spheres immersed in a variable low density material
CN103738037A (zh) * 2014-01-26 2014-04-23 上海交通大学 一种中低频隔声隔热复合壁板

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2616171B1 (fr) * 1987-06-04 1990-08-03 Moya Henri Systeme de protection contre les seismes, des immeubles, des grands ensembles, maisons individuelles
CN100478532C (zh) * 2006-10-13 2009-04-15 北京工业大学 水平剪切式三维隔振装置
GR1006394B (el) * 2008-06-27 2009-05-13 Μεθοδος ελαστικης θεμελιωσης κατασκευων
CN201474357U (zh) * 2009-09-03 2010-05-19 于迎军 防震建筑构件
CN102839776A (zh) * 2011-06-24 2012-12-26 叶雄飞 抗震砖
CN102995941A (zh) * 2012-12-31 2013-03-27 傅礼铭 一种减震房屋

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1318826A (zh) * 2000-04-14 2001-10-24 香港科技大学 具有负弹性常数的组合材料及其制法
EP1484450A2 (en) * 2003-06-02 2004-12-08 Nikolaos Drougos Aseismic foundation
CN101836095A (zh) * 2007-10-31 2010-09-15 纳幕尔杜邦公司 振动吸收器
CN202064676U (zh) * 2011-05-20 2011-12-07 叶耀林 防震建筑
CA2856108A1 (en) * 2011-11-21 2013-05-30 Giuseppe GENTILI Seismic dissipation module made up of compression-resistant spheres immersed in a variable low density material
CN103738037A (zh) * 2014-01-26 2014-04-23 上海交通大学 一种中低频隔声隔热复合壁板

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Publication number Publication date
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