CN111042211B - 一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟及其隔震方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟及其隔震方法，隔震沟包括隔震沟槽、支护排桩以及排桩减震支撑单元。其中，支护排桩在支护土体的同时与隔震沟槽共同隔离振动的传播；排桩减震支撑单元具有刚度可变的特点，所述排桩减震支撑单元中设置的粘弹性减震垫使隔震沟槽之间形成一刚度较弱的软化层，隔绝振动在隔震沟处向被保护建筑的传播，同时所采用的粘弹性减震垫具备较强的耗能能力，可大量消耗振动的能量；在支护结构发生较大变形时，排桩减震支撑单元会因刚度迅速增大而提供足够的支撑力防止支护结构的失稳，保证了隔震沟的安全性。此外，粘弹性隔减震支撑中的元件还具备可更换的特性，保障了其长期使用的性能。

Description

一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟及其隔震方法

技术领域

本发明涉及隔减震技术，具体是一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟及其隔震方法。

技术背景

振动在自然界及人类生产生活中无处不在，除较为剧烈的地震，由铁路及公路运输、大型机械运转及施工时的强夯打桩造成的各类人为振动也会对建筑结构的安全性和使用性产生不利影响。建筑结构的持续振动会影响建筑物的使用舒适性，此外，对古老建筑结构，往往因年代久远而存在许多内部缺陷，即使是轻微的振动也可能对结构造成严重的破坏甚至倒塌。

对于这类较为微小但频繁的振动，土木工程领域传统的隔减震手段很难发挥很好的控制效果；同时，对于古建筑，为了维护其历史价值和艺术价值，无法对结构本身采用常规的隔减震方法。在振源和被保护建筑之间开挖隔震沟是对这类问题一种简单有效的解决办法。隔震沟切断了振动波的传播路径，在隔震沟与土体的交界处，部分入射波会发生反射及散射而改变传播方向，一定程度上削弱了传至被保护建筑的振动能量。

然而，隔震沟的使用仍受一定的限制。一方面，由于隔震沟的开挖破坏了土体的整体性，需对隔震沟采取相应的支护措施。但当隔震沟两侧因地面超载较大时，需配合支撑措施才可维持隔震沟两侧土体的稳定。然而，支撑构件在提供承载力的同时，也会对振动产生传导作用，从而削弱隔震沟的隔震效果。另一方面，在某些情况下，为了达到理想的隔震效果，隔震沟需要很大的开挖深度，相应则会增大施工及建造成本。同时，隔震沟与土体交界处由于波的传播方式非常复杂，各种形式的波在该范围内会发生相互的叠加，因此在隔震沟周围会存在一定范围的响应增强区，在该区域内隔震沟不但不会产生隔震效果，反而会对振动起放大作用，因此，通常需将隔震沟设置于被保护建筑较远处才可获得理想的隔震效果。但在实际工程中，有时因为场地条件的限制，被保护建筑及振源之间没有足够的空间，此时，隔震沟便不再适用。

因此，为克服传统隔震沟的局限性，需要设计一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，在深度较浅或距被保护建筑较近时，也可达到理想的隔震效果。同时，隔震沟的开挖不会对土体及周围临近建筑物产生不利影响。

发明内容：

本发明所解决的技术问题是提出一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，通过在传统隔震沟中设置排桩支护并在支护间设置安装有粘弹性隔减震装置的支撑，在保证安全性的同时，可隔离振动在隔震沟槽间的传播，并大量消耗振动的能量，即使在较小开挖深度下或距被保护建筑较近时也可获得较好的隔减震效果，有效减低隔震沟的建造成本并提高其适用的范围。同时，所设置的粘弹性隔减震装置具备可更换的特点，保证了长期使用时的性能。

为解决上述问题，本发明所采用的技术手段为：

一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，包括：隔震沟槽、支护排桩、排桩减震支撑单元以及盖板，其中：

所述隔震沟槽的长度不小于被保护建筑靠近振源一侧长度，深度不小于被保护建筑基础埋深的两倍；

隔震沟槽内沿隔震沟槽长度方向均匀间隔设置有多对所述支护排桩，隔震沟槽两侧支护排桩之间设有所述排桩减震支撑单元，所述排桩减震支撑单元在隔离振动传播的同时，吸收消耗振动的能量，包括：

第一支撑钢管、粘弹性隔减震装置和第二支撑钢管，其中：

所述第一支撑钢管的左端与一对支护排桩中的一个支护排桩锚固，右端与所述粘弹性隔减震装置一侧螺纹连接；

所述粘弹性隔减震装置另一侧与所述第二支撑钢管的一端螺纹连接，第二支撑钢管的另一端与一对支护排桩中的另一个支护排桩锚固；

所述粘弹性隔减震装置包括：外围钢筒，所述外围钢筒一端封闭，另一端开口设置；

粘弹性减震垫，设置在所述外围钢筒内；

第一连杆，与所述外围钢筒的封闭端固定连接，第一连杆上设有与所述第一支撑钢管螺纹连接的外螺纹；

压缩钢板，设置在所述外围钢筒开口端，压缩钢板一侧与所述粘弹性减震垫紧密接触，压缩钢板另一侧固定连接有第二连杆，第二连杆上设有与第二支撑钢管螺纹连接的外螺纹；

所述压缩钢板的直径小于外围钢筒的内径，实现其与外围钢筒内壁之间滑动连接。

所述粘弹性减震垫为高耗散粘弹性材料，形状为圆柱体；

所述支护排桩为圆柱形或矩形截面的钢筋混凝土灌注桩，排桩之间需设置混凝土层防止开挖后土体裸露。

所述第一支撑钢管和外围钢筒之间设有第一螺栓预紧机构，用于提供第一连杆和第一支撑钢管之间的轴向预应力，防止因第一连杆和第一支撑钢管之间松动造成粘弹性减震垫发生上、下滑动，所述第一螺栓预紧机构包括与所述第一支撑钢管的管壁固定连接的第一螺母部分、以及与所述第一螺母部分配合连接的第一螺杆部分；

所述第二支撑钢管和压缩钢板之间设有第二螺栓预紧机构，用于提供第二连杆和第二支撑钢管之间的轴向预应力，防止因第二连杆和第二支撑钢管之间松动造成粘弹性减震垫发生上、下滑动，所述第二螺栓预紧机构包括与所述第二支撑钢管的管壁固定连接的第二螺母部分、以及与所述第二螺母部分配合连接的第二螺杆部分。

所述第一螺栓预紧机构包括多个，多个第一螺栓预紧机构绕所述第一支撑钢管周向均匀布置；

所述第二螺栓预紧机构包括多个，多个螺栓预紧机构绕所述第二支撑钢管周向均匀布置。

所述外围钢筒封闭端钢板与外围钢筒的内表面之间采用螺纹连接，通过转动外围钢筒可实现封闭端钢板与外围钢筒侧面钢管分离。

所述隔震沟槽底部设置防水垫层和排水系统。

所述隔震沟槽内侧设有防水层及排水系统，沟槽顶端外部设有将雨水导入隔震沟槽内部后经排水系统排出的散水坡度。

所述隔震沟槽顶部设有带孔的盖板，所述盖板用于封住沟槽开口。

一种基于所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟的隔震方法，

在正常情况下，当振动由振源传至隔震沟处时，所开挖的隔震沟槽及其两侧的支护排桩切断了振动波的传递路线，振动波在隔震沟处会发生反射和散射，部分振动波因传播方向的改变无法到达被保护建筑；

同时，因振动造成的变形相对较小，粘弹性隔减震装置中设置的粘弹性减震垫的变形不会受到约束，其一方面可提供一定的刚度起承载作用，另一方面粘弹性减震垫的刚度较支撑钢管刚度小很多，因而在隔震沟槽之间会形成一刚度较弱的软化层，可以隔离振动在隔震沟处向被保护建筑一侧的传播；

在振动的作用下，粘弹性减震垫通过往复的压缩变形，大量消耗振动的能量，减少传至建筑物的振动；

若隔震沟支护结构发生较大的变形，排桩减震支撑单元中的粘弹性减震垫会产生较大的压缩，其厚度减小的同时侧向也会发生膨胀而与所述外围钢筒产生紧密接触，由于外围钢筒的约束作用，粘弹性减震垫无法发生进一步的压缩变形，从而为隔震沟两侧的支护结构提供充足的支撑力，防止支护结构的进一步变形，保证了整个隔震沟体系的稳定性，防止其对周围邻近建筑物产生不利的影响；

通过调节第一支撑钢管和外围钢筒的封闭端之间的螺纹伸长量、第二支撑钢管和压缩钢板之间的螺纹伸长量实现对粘弹性减震垫进行预压，从而根据振源的频谱特性调节粘弹性减震垫的初始刚度，使其获得最优的隔震及减震效果。

相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：

一、隔震沟槽及其两侧设置的支护排桩均可产生一定的隔震作用；隔震沟中设置的粘弹性隔减震装置因初始刚度较低，也可隔绝振动的传播，提供隔震作用，同时因其具备很强的耗能能力，可产生减震作用。因此，在多种方式共同控制下，在较小开挖深度时即具备优异的隔减震效果。

二、隔减震装置因其相对两侧支护结构初始刚度较低，因此可隔绝振动在隔震沟处向被保护建筑一侧的传播。同时，可根据振源的位置及频谱特性，通过对隔减震装置中的粘弹性减震垫进行不同程度的预压，从而改变装置的初始隔震刚度，使装置产生最优的隔震效果。

三、所设置的粘弹性隔减震装置可大量吸收和消耗隔震沟和土体分界面上的振动能量，因此，可消除响应增强区的影响，即使与被保护建筑相距较近，隔震沟也能有效减小传至建筑物的能量，解决了场地条件有限时传统隔震沟不再适用的问题。

四、所设置的隔减震支撑具有刚度可变的特点。当支护结构发生较大变形时，隔减震支撑可提供很大的刚度以维护支护结构的稳定性；但对正常使用的情况，隔减震支撑可提供一定的承载力，但因内部采用的粘弹性减震垫刚度相对较小，因此并不会对振动产生传导作用。

五、隔震沟中采用的粘弹性隔减震装置安装和拆卸方便。在使用过程中可定期对支撑构件进行检查和更换，防止粘弹性减震垫在长期使用过程中造成的性能缺失，保证了支撑装置的长期使用时性能。

附图说明

图1是本发明一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟的主视图，

其中，1、隔震沟槽；2、支护排桩；3、排桩减震支撑单元；4、防、排水层；5、盖板；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的隔减震支撑详图；

其中，3-1-1、第一支撑钢管；3-1-2、第二支撑钢管；3-4、压缩钢板；3-5、外围钢筒；3-6-1、第一支撑钢管外围布置的螺母；3-6-2、外围钢筒上作用的高强螺栓；3-7-1、第二支撑钢管外围布置的螺母；3-7-2、压缩钢板上作用的高强螺栓；3-8-1、第一支撑钢管与支护排桩连接的锚板；3-8-2、第二支撑钢管与支护排桩连接的锚板；

图4为本发明的粘弹性隔减震装置结构示意图；

其中，3-2-1、外围钢筒上封闭端；3-2-2、第一连杆；3-3、粘弹性减震垫；3-4-1、压缩钢板；3-4-2、第二连杆；3-5、外围钢筒；

图5为本发明外围钢筒封闭端钢板与钢筒内侧螺纹连接示意图；

其中，3-2-3、外围钢筒封闭端钢板外侧螺纹；3-5-1、外围钢筒内表面螺纹。

具体实施方式

下面，结合说明书附图以及具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1至5所示，本发明一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其主要包括隔震沟槽1、支护排桩2、粘弹性隔减震支撑、防、排水层4和盖板5。

粘弹性隔减震支撑包括一对支撑钢管和粘弹性隔减震装置，其中粘弹性隔减震装置安装于隔减震支撑中部，由外围钢筒、压缩钢板、粘弹性耗能单元和外围钢筒组成。

实施例

隔减震沟槽截面形状为矩形沟槽，在施工完两侧排桩后，沿被保护建筑朝向振源一侧外边缘开挖，开挖深度需大于被保护建筑基础埋深的两倍，长度应大于被保护建筑靠近振源一侧外边缘长度，施工时需超挖20~30cm的深度用于设置防排水层。

支护排桩采用钢筋混凝土灌注桩，截面形状为圆形，埋入土内一定的深度以维护沟槽开挖后两侧土体的稳定性。

支护排桩沿隔震沟长度方向在矩形沟槽两侧对称布置，支护排桩间距不宜大于直径的两倍。支护排桩顶部设有冠梁将各排桩沿隔震沟槽长度方向连成整体，冠梁内预埋锚板用于和粘弹性隔减震支撑连接。

粘弹性隔减震支撑按一定间距设置于隔震沟槽之间，所采用的支撑钢管为圆柱形空心管，一端与支护结构冠梁内的锚板焊接，另一端朝向隔震沟内部并和粘弹性隔减震装置连接，相应内表面开设螺纹，用于和粘弹性隔减震装置的连接。

粘弹性隔减震装置由外围钢筒、压缩钢板和粘弹性耗能单元组成。其中粘弹性减震垫采用具有较高耗能能力的粘弹性材料，在高温高压下硫化形成，形状为圆柱体，其分别与外围钢筒封闭端内壁和压缩钢板紧密接触，振动荷载作用下，发生往复变形消耗振动能量。

外围钢筒的内径略大于压缩钢板，实现其与外围钢筒内壁之间滑动连接。

加工时，将外围钢筒通过第一连杆与第一支撑钢管螺纹连接，将压缩钢板通过第二连杆与第二支撑钢管螺纹连接，通过不断改变外围钢筒与第一支撑钢管间螺纹咬合长度，不断改变压缩钢板和第二支撑钢管间的螺纹咬合长度，使粘弹性减震垫固定于外围钢筒和压缩钢板之间，同时可通过进一步调节，对粘弹性减震垫进行一定程度的预压。

通过调节第一预紧螺栓，实现粘弹性减震垫与外围钢筒内壁之间紧密接触，不会发生上下滑动。

通过调节第二预紧螺栓，实现粘弹性减震垫与压缩钢板之间紧密接触，不会发生上下滑动。

长期使用过程中，可对粘弹性减震垫进行更换。首先转动外围钢筒，使其封闭端的钢板与侧向的钢筒分离，并将脱开后的侧向钢筒放置于支撑钢管上；随后，拧开支撑钢管上的各组高强螺栓，卸去预紧压力；最后，调节第一、第二连杆的位置，将粘弹性减震垫卸下。

长期使用过程中为防止雨水在隔震沟内的汇积，需在隔震沟槽内部设置防水垫层和排水口，并且在沟底部设置适当的坡度，将雨水引入排水口中。隔震沟顶端外部地面处应设置散水坡度，将外部的雨水导入隔震沟内部排水系统排出。同时，钢管减震支撑表面需做一定的防锈处理。

隔震沟顶部需设置带孔的盖板封住沟槽开口，盖板同时起排水和承载作用，盖板应具备足够的承载力。

本发明实施例一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟的工作方法是：

通过在振源与被保护建筑间开挖由排桩支护的隔震沟，并在隔震沟内设置隔减震支撑，在保证土体及建筑物稳定性与安全性的同时，可以很大程度的隔绝及消耗传至建筑物的振动能量。其中，所设的隔减震支撑中采用了刚度可变化的粘弹性隔减震装置，在正常使用时起隔震及耗能减震作用，在极限状态时起支撑及维持稳定的作用。

在正常情况下，当振动由振源传至隔震沟处时，所开挖的隔震沟槽及其两侧的支护排桩切断了振动波的传递路线，振动波在隔震沟处会发生反射和散射，部分振动波因传播方向的改变无法到达被保护建筑；

同时，因振动造成的变形相对较小，粘弹性隔减震装置中设置的粘弹性减震垫的变形不会受到约束，其一方面可提供一定的刚度起承载作用，另一方面粘弹性减震垫的刚度较支撑钢管刚度小得多，因而在隔震沟槽之间会形成一刚度较弱的软化层，可以隔离振动在隔震沟处向被保护建筑一侧的传播；

在振动的作用下，粘弹性减震垫通过往复的压缩变形，大量消耗振动的能量，减少传至建筑物的振动；

若隔震沟支护结构发生较大的变形，排桩减震支撑单元中的粘弹性减震垫会产生较大的压缩，其厚度减小的同时侧向也会发生膨胀而与所述外围钢筒产生紧密接触，由于外围钢筒的约束作用，粘弹性减震垫无法发生进一步的压缩变形，从而为隔震沟两侧的支护结构提供充足的支撑力，防止支护结构的进一步变形，保证了整个隔震沟体系的稳定性，防止其对周围邻近建筑物产生不利的影响；

通过调节第一支撑钢管和外围钢筒的封闭端之间的螺纹伸长量、第二支撑钢管和压缩钢板之间的螺纹伸长量实现对粘弹性减震垫进行预压，从而根据振源的频谱特性调节粘弹性减震垫的初始刚度，使其获得最优的隔震及减震效果。

Claims (9)

1.一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，包括：隔震沟槽、支护排桩、排桩减震支撑单元以及盖板，其中：

所述隔震沟槽的长度不小于被保护建筑靠近振源一侧长度，深度不小于被保护建筑基础埋深的两倍；

隔震沟槽内沿隔震沟槽长度方向均匀间隔设置有多对所述支护排桩，隔震沟槽两侧支护排桩之间设有所述排桩减震支撑单元，其特征在于，所述排桩减震支撑单元在隔离振动传播的同时，吸收消耗振动的能量，包括：

第一支撑钢管、粘弹性隔减震装置和第二支撑钢管，其中：

所述第一支撑钢管的左端与一对支护排桩中的一个支护排桩锚固，右端与所述粘弹性隔减震装置一侧螺纹连接；

所述粘弹性隔减震装置另一侧与所述第二支撑钢管的一端螺纹连接，第二支撑钢管的另一端与一对支护排桩中的另一个支护排桩锚固；

所述粘弹性隔减震装置包括：外围钢筒，所述外围钢筒一端封闭，另一端开口设置；

粘弹性减震垫，设置在所述外围钢筒内；

第一连杆，与所述外围钢筒的封闭端固定连接，第一连杆上设有与所述第一支撑钢管螺纹连接的外螺纹；

压缩钢板，设置在所述外围钢筒开口端，压缩钢板一侧与所述粘弹性减震垫紧密接触，压缩钢板另一侧固定连接有第二连杆，第二连杆上设有与第二支撑钢管螺纹连接的外螺纹；

所述压缩钢板的直径小于外围钢筒的内径，实现其与外围钢筒内壁之间滑动连接；

所述盖板封住所述隔震沟槽的开口。

2.根据权利要求1所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其特征在于，所述粘弹性减震垫为高耗散粘弹性材料，形状为圆柱体；

所述支护排桩为圆柱形或矩形截面的钢筋混凝土灌注桩，支护排桩之间设置混凝土层防止开挖后土体裸露。

3.根据权利要求1所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其特征在于，所述第一支撑钢管和外围钢筒之间设有第一螺栓预紧机构，用于提供第一连杆和第一支撑钢管之间的轴向预应力，防止因第一连杆和第一支撑钢管之间松动造成粘弹性减震垫发生上、下滑动，所述第一螺栓预紧机构包括与所述第一支撑钢管的管壁固定连接的第一螺母部分、以及与所述第一螺母部分配合连接的第一螺杆部分；

所述第二支撑钢管和压缩钢板之间设有第二螺栓预紧机构，用于提供第二连杆和第二支撑钢管之间的轴向预应力，防止因第二连杆和第二支撑钢管之间松动造成粘弹性减震垫发生上、下滑动，所述第二螺栓预紧机构包括与所述第二支撑钢管的管壁固定连接的第二螺母部分、以及与所述第二螺母部分配合连接的第二螺杆部分。

4.根据权利要求3所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其特征在于，所述第一螺栓预紧机构包括多个，多个第一螺栓预紧机构绕所述第一支撑钢管周向均匀布置；

所述第二螺栓预紧机构包括多个，多个第二螺栓预紧机构绕所述第二支撑钢管周向均匀布置。

5.根据权利要求1所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其特征在于，所述外围钢筒封闭端钢板与外围钢筒的内表面之间采用螺纹连接，通过转动外围钢筒可实现封闭端钢板与外围钢筒侧面钢管分离。

6.根据权利要求1所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其特征在于，所述隔震沟槽底部设置防水垫层和排水系统。

7.根据权利要求1所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其特征在于，所述隔震沟槽内侧设有防水层及排水系统，沟槽顶端外部设有散水坡度，所述散水坡度用于将雨水导入隔震沟槽内部后经排水系统排出。

8.根据权利要求1所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟，其特征在于，所述隔震沟槽顶部设有带孔的盖板，所述盖板用于封住沟槽开口。

9.一种基于权利要求1~8中任一所述的一种加入粘弹性隔减震装置的隔震沟的隔震方法，其特征在于，

在正常情况下，当振动由振源传至隔震沟处时，所开挖的隔震沟槽及其两侧的支护排桩切断了振动波的传递路线，振动波在隔震沟处会发生反射和散射，部分振动波因传播方向的改变无法到达被保护建筑；

同时，因振动造成的变形相对较小，粘弹性隔减震装置中设置的粘弹性减震垫的变形不会受到约束，其一方面可提供一定的刚度起承载作用，另一方面粘弹性减震垫的刚度较支撑钢管刚度小很多，因而在隔震沟槽之间会形成一刚度较弱的软化层，可以隔离振动在隔震沟处向被保护建筑一侧的传播；

在振动的作用下，粘弹性减震垫通过往复的压缩变形，大量消耗振动的能量，减少传至建筑物的振动；

若隔震沟支护结构发生较大的变形，排桩减震支撑单元中的粘弹性减震垫会产生较大的压缩，其厚度减小的同时侧向也会发生膨胀而与所述外围钢筒产生紧密接触，由于外围钢筒的约束作用，粘弹性减震垫无法发生进一步的压缩变形，从而为隔震沟两侧的支护结构提供充足的支撑力，防止支护结构的进一步变形，保证了整个隔震沟体系的稳定性，防止支护结构进一步变形对周围邻近建筑物产生不利的影响；

通过调节第一支撑钢管和外围钢筒的封闭端之间的螺纹伸长量、第二支撑钢管和压缩钢板之间的螺纹伸长量实现对粘弹性减震垫进行预压，从而根据振源的频谱特性调节粘弹性减震垫的初始刚度，使其获得最优的隔震及减震效果。

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