CN116290131B - 一种高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的igb隔震阻尼器 - Google Patents
一种高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的igb隔震阻尼器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，抗滑桩的外壁包裹有隔震棉板，隔震棉板外包裹有橡胶空气吸能垫；IGB隔震阻尼器两两相对沿抗滑桩高度方向间隔设置，抗滑桩上沿竖直方向间隔连接有反波支撑底架，反波支撑底架呈环形或框状结构且水平套设固定于抗滑桩上，一组正对的两个IGB隔震阻尼器共用一个反波支撑底架，反波支撑底架左端连接左IGB隔震阻尼器、右端连接右IGB隔震阻尼器，左IGB隔震阻尼器和右IGB隔震阻尼器的连线方向与坡体滑坡的水平面投影方向平行。IGB隔震阻尼器通过吸能、隔震，为高烈度区抗滑桩自适应桩侧移提供了有效保障，有效降低抗滑桩在高烈度地震影响下导致抗滑桩断裂等风险。
Description
技术领域
本发明属于桩基施工技术领域，具体涉及一种高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器。
背景技术
我国国土面积广阔，基本包含各种地质地形，因此地质灾害也较多，而滑坡是分布最多的地质灾害之一，也是治理费用比较大的灾害。目前大型滑坡治理工程普遍采用抗滑桩工程或者综合防护工程，抗滑桩具有如下优点： 1）抗滑能力强，支挡效果好； 2）对滑体扰动小，施工安全； 3）设置位置灵活；4）能及时增加滑体抗滑力，确保滑体安全；5）预防滑坡可以可先做桩后开挖，防止滑坡发生；6）抗滑桩可以作为勘察井，验证滑面位置和滑动方向，动态调整设计。滑坡支护在高烈度区域的失效不仅意味着对防护对象的保护作用消失，而且引发次生灾害，严重威胁滑坡区域建筑和道路。
在高烈度地震地区震后抗滑桩普遍存在防护失效情况，比如青海省玉树地震区、四川省汶川地震区普遍存在抗滑桩受振动发生侧移，锚索锁力下降、锚索拔出，抗滑桩断裂等问题。
发明内容
本发明提供了一种高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，本发明的目的在于提高现有抗滑桩的抗滑性能，降低抗滑桩在高烈度区受地震影响，抗滑桩容易侧移、断裂导致失效的风险。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，所述抗滑桩的外壁包裹有隔震棉板，隔震棉板外包裹有橡胶空气吸能垫；IGB隔震阻尼器两两相对沿抗滑桩高度方向间隔设置，抗滑桩上沿竖直方向间隔连接有反波支撑底架，反波支撑底架呈环形或框状结构且水平套设固定于抗滑桩上，一组正对的两个IGB隔震阻尼器共用一个反波支撑底架，反波支撑底架左端连接左IGB隔震阻尼器、右端连接右IGB隔震阻尼器，左IGB隔震阻尼器和右IGB隔震阻尼器的连线方向与坡体滑坡的水平面投影方向平行；
右IGB隔震阻尼器包括地震波检测器、逆波发生器、隔震单元和混凝土垫块，地震波检测器和逆波发生器固定于反波支撑底架的右端；反波支撑底架的右端固定有水平向前突出的橡胶空气减震吸能盘垫，橡胶空气减震吸能盘垫前端连接有水平向前突出的弹簧-液压阻尼回弹装置，弹簧-液压阻尼回弹装置前端固定连接混凝土垫块，混凝土垫块预埋于土壤中；逆波发生器分别与地震波检测器、弹簧-液压阻尼回弹装置信号连接；
IGB隔震阻尼器的工作步骤如下：
1）根据抗滑桩的地震等级、IGB隔震阻尼器的位置高度及抗滑桩的支护强度设置地震波检测器的检测阈值；
2）地震来临时，地震波检测器接收到地震波，解析地震波X向的频率和振幅，将解析的数据传送至逆波发生器；逆波发生器对比检测的振幅与步骤1）阈值的大小，当振幅小于步骤1）阈值时，逆波发生器不控制弹簧-液压阻尼回弹装置启动工作；当振幅大于步骤1）阈值时，逆波发生器控制弹簧-液压阻尼回弹装置启动工作；
3）当振幅大于步骤1）阈值时，逆波发生器通过对比得出实际振幅与阈值差值±△xt，并将结果传输至弹簧-液压阻尼回弹装置，控制液压装置伸长并使弹簧抵靠抗滑桩，增大支护力，从而提高弹簧-液压阻尼回弹装置的抗震能力。
进一步地，所述步骤3）中，逆波发生器根据±△xt的大小，划分不同调控区间等级，不同调控区间等级对应不同弹簧-液压阻尼回弹装置的伸长量。
进一步地，所述反波支撑底架由工字钢焊接形成框状结构。
进一步地，所述弹簧-液压阻尼回弹装置的首尾两端分别连接有钢垫板，钢垫板竖直设置；一端的钢垫板抵靠橡胶空气减震吸能盘、另一端的钢垫板抵靠混凝土垫块。
进一步地，所述弹簧-液压阻尼回弹装置包括缸体、活塞杆和弹簧，弹簧一端连接活塞杆头端，另一端连接缸体中部，缸体上还连接有油缸、油泵和液压控制器。
本发明的工作步骤如下：
抗滑桩在高烈度地震波作用下出现振动，隔震棉板受到高频次、无规律的反复挤压，挤压过程吸收一部分地震波能量，隔震棉板吸收完部分的地震能量波传导至橡胶空气吸能垫，抗滑桩反复摇晃对四周橡胶空气吸能垫内的空气产生压缩，进一步吸能，减轻抗滑桩的在地震作用下的摆幅；
与之相连的反波支撑底架受到剩余地震能量，将其传递到桩外的橡胶空气减震吸能盘垫，此时地震能量波包含桩在吸能后的余波以及桩周土体能量波。地震波检测器接受到桩和桩周土体地震能量波信号，解析了地震波x频率和振幅以后，将结果传递给逆波发生器，隔震后计算桩侧位移±△xt，并控液压装置伸长，通过液压工作和时刻保持主动弹簧伸缩紧贴桩侧，将侧向位移能量吸收；剩余部分能量通过混凝土垫块传递给土体。
本发明能量传递计算方法如下：
1）隔震棉剩余能量Q1余能
；
其中：Q-地震波总能；
t-地震波传播时间，s；
—任意i~t时刻部位隔震棉吸收地震平均波能量。
2）橡胶空气吸能垫剩余能量Q2余能
吸能后：；
其中：-第二次吸能后的余能；
t-地震波传播时间；
—任意i~t时刻橡胶空气吸能垫吸收地震平均波能量；
其中：—余能对应的任意t时刻地震作用下桩侧位移函数±△xt，
-弹簧-液压阻尼回弹装置任意t时刻隔震后计算反馈△xt位移函数，弹簧伸缩需要紧贴桩侧的相对位移△xt。
逆波发生器将计算的桩侧位移数据发送到弹簧-液压阻尼回弹装置；通过其液压伸缩实现隔震阻尼效果。
本发明的有益效果在于：
1.现有抗滑桩的结构设计主要集中在抗滑桩结构形式，连接，弹簧减震，或者锚索方面；本方案提出了一套吸能、隔震减震装置，为高烈度区抗滑桩自适应桩侧移提供了有效保障，有效降低抗滑桩在高烈度地震影响下导致抗滑桩断裂等风险；
2.本发明不仅考虑多因素地震效应，同时考虑弹簧-液压阻尼回弹装置的抗震功能，响应速度快、效果相对单因素控制抗震效果更优；同等条件下，常规单因素抗滑桩抗震措施在高烈度地震中正常工作的抗滑桩的可靠率最大约69%，而采用了本发明IGB隔震阻尼器的抗滑桩正常工作可靠率最大达到86%；
3. 隔震棉板和橡胶空气吸能垫具有一定的记忆回弹恢复功能，结构锁定力永久，无需后期补强等二次施工，反复使用，可降低后续维护成本。
附图说明
图1是本发明IGB隔震阻尼器的布置示意图；
图2是本发明弹簧-液压阻尼回弹装置的布置示意图；
图3是本发明图2的俯视图；
图4是本发明橡胶空气吸能垫的结构示意图；
图5是本发明反波支撑底架的结构示意图；
图6是本发明实施例有限元模型的示意图；
图7是本发明实施例抗滑桩顶边坡外侧位移曲线图；
图8是本发明实施例抗滑桩顶边坡外侧加速度曲线图；
图中：1-隔震棉板，2-橡胶空气吸能垫，3-橡胶空气吸能垫，4-地震波检测器，5-橡胶空气减震吸能盘垫，6-逆波发生器，7-弹簧-液压阻尼回弹装置，8-混凝土垫块，9-钢垫板。
具体实施方式
下面结合附图6-8对本发明作进一步说明：
通过有限元模型测试本方案的可行性，试验结果如下：
模型试验主要参数：C30全埋抗滑桩尺寸2×3×6m，边坡高度8m，地层为黏土地基，地震加速度为0.2g。
通过施加同一种地震波情况下，地震加载时间为0.1s，无抗滑桩的边坡坡面抗滑桩位置处位移最大为12.0mm，无减震装置的抗滑桩的位移为5.68mm，有减震抗滑桩的位移为0.79mm，隔震装置能够减小了地震工况下坡面位移86%，与未防护边坡相对，抗滑桩工程能够减小53%的地震引起的边坡位移。
通过上述模拟可发现，本方案能有效降低地震作用下抗滑桩的位移量，从而提高抗滑桩的抗震性能，进而提高边坡的稳定性。
本发明隔震棉板采用EPS聚苯乙烯泡沫板，主要材质由聚苯乙烯，尺寸1200mm×600mm，厚度50mm；与抗滑桩采用胶粘固定方式，可起到较好的隔震作用。橡胶空气吸能垫为高弹方形橡胶减震胶块，2块方形橡胶板尺寸800mm×800m×30mm，中间由JGF橡胶减震器（RY55型号，生产厂商：泊头荣源管道配件有限公司）连接，间距300mm×300mm，原理：利用橡胶自身弹性，当地震波作用下抗滑桩传递到橡胶空气吸能垫时，由于JGF橡胶减震器和空气受压，起到吸能、缓冲效果。连接方式为螺栓连接。
Claims (5)
1.一种高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，其特征在于，所述抗滑桩的外壁包裹有隔震棉板，隔震棉板外包裹有橡胶空气吸能垫；IGB隔震阻尼器两两相对沿抗滑桩高度方向间隔设置，抗滑桩上沿竖直方向间隔连接有反波支撑底架，反波支撑底架呈环形或框状结构且水平套设固定于抗滑桩上，一组正对的两个IGB隔震阻尼器共用一个反波支撑底架，反波支撑底架左端连接左IGB隔震阻尼器、右端连接右IGB隔震阻尼器，左IGB隔震阻尼器和右IGB隔震阻尼器的连线方向与坡体滑坡的水平面投影方向平行；
右IGB隔震阻尼器包括地震波检测器、逆波发生器、隔震单元和混凝土垫块，地震波检测器和逆波发生器固定于反波支撑底架的右端；反波支撑底架的右端固定有水平向前突出的橡胶空气减震吸能盘垫，橡胶空气减震吸能盘垫前端连接有水平向前突出的弹簧-液压阻尼回弹装置，弹簧-液压阻尼回弹装置前端固定连接混凝土垫块，混凝土垫块预埋于土壤中；逆波发生器分别与地震波检测器、弹簧-液压阻尼回弹装置信号连接；
IGB隔震阻尼器的工作步骤如下：
1）根据抗滑桩的地震等级、IGB隔震阻尼器的位置高度及抗滑桩的支护强度设置地震波检测器的检测阈值；
2）地震来临时，地震波检测器接收到地震波，解析地震波X向的频率和振幅，将解析的数据传送至逆波发生器；逆波发生器对比检测的振幅与步骤1）阈值的大小，当振幅小于步骤1）阈值时，逆波发生器不控制弹簧-液压阻尼回弹装置启动工作；当振幅大于步骤1）阈值时，逆波发生器控制弹簧-液压阻尼回弹装置启动工作；
3）当振幅大于步骤1）阈值时，逆波发生器通过对比得出实际振幅与阈值差值±△xt，并将结果传输至弹簧-液压阻尼回弹装置，控制液压装置伸长并使弹簧抵靠抗滑桩，增大支护力，从而提高弹簧-液压阻尼回弹装置的抗震能力。
2.根据权利要求1所述的高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，其特征在于，所述步骤3）中，逆波发生器根据±△xt的大小，划分不同调控区间等级，不同调控区间等级对应不同弹簧-液压阻尼回弹装置的伸长量。
3.根据权利要求1所述的高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，其特征在于，所述反波支撑底架由工字钢焊接形成框状结构。
4.根据权利要求1所述的高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，其特征在于，所述弹簧-液压阻尼回弹装置的首尾两端分别连接有钢垫板，钢垫板竖直设置；一端的钢垫板抵靠橡胶空气减震吸能盘、另一端的钢垫板抵靠混凝土垫块。
5.根据权利要求4所述的高烈度区抗滑桩自适应桩侧移的IGB隔震阻尼器，其特征在于，所述弹簧-液压阻尼回弹装置包括缸体、活塞杆和弹簧，弹簧一端连接活塞杆头端，另一端连接缸体中部，缸体上还连接有油缸、油泵和液压控制器。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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