CN115541156B - 跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置及方法，它由锚杆、钢板和建筑物模型组成；锚杆分为直杆段和螺旋段，用于连接基础埋入地下；锚杆的直杆段埋入破裂层，螺旋段埋入基岩层；钢板埋入破裂层，使锚杆穿入用于固定锚杆，地表破裂时也能分担部分横向力和竖向力。本发明的优点在于：锚杆装置施工简单，直径较细，造价低，安装方便；锚杆下部为螺旋段，使锚杆更容易穿入土层，而且增加了锚杆与岩石层的接触面积，从而增大了摩阻力，地表破裂时更有利于减少建筑物的竖向位移及不均匀变形；钢板焊接四个锚杆形成类似“桩基础”效应，不仅固定了锚杆，地表破裂时更有利于减少建筑物的位移和位移差导致的过大附加内力。

Description

跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置及方法
技术领域
本发明属于建筑地震工程技术领域，具体涉及跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置及方法。
背景技术
破坏性地震通常会形成较强烈的地面振动使得其上建筑物遭到破坏，并且强震岩体错动贯通地表导致其上建筑物被错断破坏，这两者分别被称为强震地震动效应和强震地表破裂效应。
大量历史实例表明，震源在地表的表现是断层，产生地震的主要根源是活动断层的突发错动。据相关统计地震时90％的人员伤亡是由各种建筑物倒塌造成的。活断层作用下产生的“瞬时”或“快速”地表破裂，为强震地表破裂，简称地表破裂。地表破裂特征是指地表破裂运动引起地面建筑物自然破坏的组合形式及其发生、发展的震害效应，是地震地质灾害中的一类。地表破裂事件中的地面变形地质灾害是指地表面的岩土体在人为的或自然的地质作用下产生变形，导致地面或建筑物毁损，造成经济损失或人员伤亡的事件。强烈的地震一般会引发地表的破裂，而且地震时沿断层带的建筑破坏最严重，人员伤亡也明显地大于断层两侧的区域，所以在城市化发展较高的建筑人口密集地区会有许多方案和措施来保证建筑结构“大震不倒，中震可修，小震不坏”，以避免或降低生命财产损失。
目前没有施工简单的措施能够减少地表破裂区域上部建筑物的破坏。
发明内容
本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置及方法，较好地解决了一定条件下现有措施存在的上述缺陷。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：
跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，包括：建筑物模型，所述建筑物模型包括：建筑物模型上层结构和多个建筑物模型基础，所述建筑物模型基础固定所述建筑物模型上层结构；其特征在于，还包括：多个锚杆和多个钢板；所述钢板竖向间隔分布；
所述钢板上开设有多个锚杆适配孔，所述锚杆穿过锚杆适配孔后，其锚杆顶部与建筑物模型基础钢混链接，其锚杆外壁与锚杆适配孔焊接。
进一步，所述锚杆包括：直杆段和螺旋段，所述直杆段和螺旋段之间焊接成一体。
进一步，所述锚杆适配孔矩阵式的分布在钢板上。
进一步，所述钢板间隔分布在所述直杆段。
进一步，分布在钢板上的锚杆适配孔的数量为四。
跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟方法，应用于上述任一所述的跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，其特征在于，所述方法包括：
在下盘基础、逆断层地裂缝和上盘基础区域内构建所述建筑物模型；
在钢板上开设有多个锚杆适配孔，所述锚杆的直杆段穿过锚杆适配孔后，其锚杆外壁与锚杆适配孔焊接，形成固定结构；
把固定结构分别钢混连接在位于下盘基础区域的建筑物模型基础和位于上盘基础区域的建筑物模型基础上；
把固定结构中钢板和锚杆的直杆段埋入破裂层，把锚杆的螺旋段安装在基岩层。
进一步，所述锚杆由实钢材质制成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)锚杆装置施工简单，直径较细，造价低，安装方便；(2)锚杆下部为螺旋段，使锚杆更容易穿入土层，而且增加了锚杆与岩石层的接触面积，从而增大了摩擦力，地表破裂时更有利于减少建筑物的竖向位移及位移差导致的上部结构附加内力冗余度减小；(3)钢板整体焊接四个锚杆，形成类似“承台”桩体效应不仅固定了锚杆，地表破裂时更有利于减少建筑物的位移及不均匀变形。
附图说明
图1是本发明实施例总体结构示意图；
图2是本发明实施例钢板的俯视图；
图3是本发明实施例锚杆示意图；
图4是本发明实施例建筑物模型的三维示意图。
附图标记：
1-锚杆，1-1为直杆段锚杆，1-2为螺旋段锚杆，2-钢板,3-破裂层，4-基岩层，5-建筑物模型上部结构，6-建筑物模型基础,6-1为上盘基础，6-2为下盘基础，7-逆断层地裂缝位置，a-地表破裂带宽度的基本值。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1：
跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，包括：建筑物模型，所述建筑物模型包括：建筑物模型上层结构5和多个建筑物模型基础6，所述建筑物模型基础6固定所述建筑物模型上层结构5；其特征在于，还包括：多个锚杆1和多个钢板2；所述钢板2竖向间隔分布；
所述钢板2上开设有多个锚杆1适配孔，所述锚杆1穿过锚杆1适配孔后，其锚杆1顶部与建筑物模型基础6钢混链接，其锚杆1外壁与锚杆1适配孔焊接。
进一步，所述锚杆1包括：直杆段1-1和螺旋段1-2，所述直杆段1-1和螺旋段1-2之间焊接成一体。
进一步，所述锚杆1适配孔矩阵式的分布在钢板2上。
进一步，所述钢板2间隔分布在所述直杆段1-1。
进一步，分布在钢板2上的锚杆1适配孔的数量为四。
跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟方法，应用于上述任一所述的跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，其特征在于，所述方法包括：
在下盘基础6-2、逆断层地裂缝7和上盘基础6-1区域内构建所述建筑物模型；
在钢板2上开设有多个锚杆1适配孔，所述锚杆1的直杆段1-1穿过锚杆1适配孔后，其锚杆1外壁与锚杆1适配孔焊接，形成固定结构；
把固定结构分别钢混连接在位于下盘基础6-2区域的建筑物模型基础6和位于上盘基础6-1区域的建筑物模型基础6上；
把固定结构中钢板2和锚杆1的直杆段1-1埋入破裂层，把锚杆1的螺旋段1-2安装在基岩层。
进一步，所述锚杆1由实钢材质制成。
实施例2：
如图1-4所示，一种模拟跨断层强震作用下建筑物结构抗断裂能力试验装置，在合理预测确定的上、下盘宽度破裂带影响区域范围内它由：十六个锚杆1、八个钢板2和建筑模型5、6组成。
锚杆1目的是逆断层地表破裂上盘结构向上发生位移时减少建筑物竖向位移，长为1700mm，由实心钢材制作，分为直杆段1-1和螺旋段1-2，直杆段1-1和螺旋段1-2的交接部位实施焊接。直杆段长为950mm，直径为30mm,上部钢混连接基础内部并埋入试验箱土层中。螺旋段1-2长750mm，最大直径为30mm，最小直径为16mm，牙距为50mm。一个基础连接2个锚杆，锚杆1的直杆段埋入破裂层，螺旋段1-2埋入基岩层。螺旋段1-2锚杆能够更容易的穿入地下，增加了锚杆1与岩石层的接触面积，从而增大了摩擦力，更有利于减少建筑物的竖向位移。
钢板2在破裂层，尺寸为200mm*100mm*5mm,两个钢板竖向排列，从基础底部向下每隔100mm依次放置一块钢板，钢板2内有四个孔隙，依次穿过锚杆，并焊接以固定锚杆，回填土时其余部分用土压实。钢板不仅固定了锚杆，而且逆断层地表破裂上盘结构向上发生位移时分担部分横向力和竖向力，有利于减少建筑物的竖向位移，保持建筑物的稳定。
本发明的建筑物模型为独立基础的五层框架结构模型，柱的尺寸为60mm*60mm，建筑物模型基础6在钢板埋于试验箱土层后与插入土层的锚杆1进行钢混连接。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，包括：建筑物模型，所述建筑物模型包括：建筑物模型上层结构(5)和多个建筑物模型基础(6)，所述建筑物模型基础(6)固定所述建筑物模型上层结构(5)；其特征在于，还包括：多个锚杆(1)和多个钢板(2)；所述钢板(2)竖向间隔分布；
所述锚杆(1)包括：直杆段(1-1)和螺旋段(1-2)，所述直杆段(1-1)和螺旋段(1-2)之间焊接成一体；在钢板(2)上开设有多个锚杆(1)适配孔，所述锚杆(1)的直杆段(1-1)穿过锚杆(1)适配孔后，其锚杆(1)外壁与锚杆(1)适配孔焊接，形成固定结构；把固定结构分别钢混连接在位于下盘基础(6-2)区域的建筑物模型基础(6)和位于上盘基础(6-1)区域的建筑物模型基础(6)上；把固定结构中钢板(2)和锚杆(1)的直杆段(1-1)埋入破裂层，把锚杆(1)的螺旋段(1-2)安装在基岩层。
2.根据权利要求1所述的跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，其特征在于，所述锚杆(1)适配孔矩阵式的分布在钢板(2)上。
3.根据权利要求1所述的跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，其特征在于，所述钢板(2)间隔分布在所述直杆段(1-1)。
4.根据权利要求1所述的跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，其特征在于，分布在钢板(2)上的锚杆(1)适配孔的数量为四。
5.跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟方法，应用于权利要求1-4中任一所述的跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟装置，其特征在于，所述方法包括：
在下盘基础(6-2)、逆断层地裂缝(7)和上盘基础(6-1)区域内构建所述建筑物模型；
在钢板(2)上开设有多个锚杆(1)适配孔，所述锚杆(1)的直杆段(1-1)穿过锚杆(1)适配孔后，其锚杆(1)外壁与锚杆(1)适配孔焊接，形成固定结构；
把固定结构分别钢混连接在位于下盘基础(6-2)区域的建筑物模型基础(6)和位于上盘基础(6-1)区域的建筑物模型基础(6)上；
把固定结构中钢板(2)和锚杆(1)的直杆段(1-1)埋入破裂层，把锚杆(1)的螺旋段(1-2)安装在基岩层。
6.根据权利要求5所述的跨断层作用下建筑物结构抗断裂能力试验模拟方法，其特征在于，所述锚杆(1)由实钢材质制成。
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