把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈的製作方法
2023-12-09 20:59:31
專利名稱：把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈的製作方法
技術領域：
本發明屬於建築技術領域的工程抗震設施，具體的是一種把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈。
地震是地球許多地區不時發生的自然災害，它會給人類帶來巨大的生命財產損失。世界各國都有許多科學家和地震工作者日夜對地震進行監測和預報，力求減小地震造成的損失。同時，也有許多專家在建築領域研究建築物的消震設施，截至目前為止，世界上出現的消震裝置有兩種一是在建築物的設計中加入機械緩衝裝置，一是在建築物的設計中加入磁粒子阻尼裝置；此外，就是在建築物的設計中從結構力學上增強建築物的抗震功能。這三方面均著眼於建築物本身，屬小範圍的消震減震措施。
有些科學家在研究了近代一些大地震後得出結論許多地震都在廣大地區造成旋弧或漩渦構造。關於漩渦構造的力學成因，是當漩渦中心的地塊受到外力作用時，因外力的合力不通過其中心，其中心便成了一個相對固定的支承點，造成地塊在外力作用下繞此支承點發生旋扭運動，導致地塊中產生漩渦構造。而旋弧構造則是不完整的漩渦構造的一部分。
在強震帶內，常發生許多小型旋扭運動。
如1923年日本東京大地震後，以相模灣為中心，周圍的陸地一圈圈地發生旋扭運動。
如1995年日本阪神大地震後，在神戶強震帶內共有十三處旋扭。
建築物的扭裂倒塌，一般認為是建築物的質量中心與剛度中心不一致，在水平地震波的衝擊下而扭裂倒塌。
建築物的扭裂倒塌可能還有另一個原因，那就是強震帶內地表的小型旋扭運動。而這類小型旋扭運動的直接力學成因是水平地震波對地表泥土的衝擊被衝擊的泥土的速度比其兩側的要快，於是兩側便顯得滯後而拖拽，導致旋扭運動的發生。如果水平地震波是徑直的，則易導致其兩側發生旋扭運動；如果水平地震波是偏斜的，則易導致其某一側發生旋扭運動；從而帶動建築物隨之發生扭裂倒塌。
地面旋扭運動的破壞深度一般在20m左右，名為「地震破壞層」。而其下就是「安定層」。此資料載於[日]柴崎達雄，植村武，吉村尚久編·大震災·日本東京東海大學出版會，1996·271，272和龔思禮等編著·建築抗震設計·北京中國建築工業出版社，1994·41。
當「磨擦杭」處於「河成沙」(「地震破壞層」)內時，地震能使其上的基礎發生傾斜；而當「支持杭」穿過「河成沙」(「地震破壞層」)進入到「海成沙」(「安定層」)內時，地震不能使其上的基礎發生傾斜。這是1964年6月16日日本新瀉地震的資料，載於[日]柴崎達雄，植村武，吉村尚久編·大震災·日本東京東海大學出版會，1996·270。
根據以上理論和資料，如果能提供一種裝置，能消除「地震破壞層」內水平地震波的衝擊，將成為一種全新的預防地震的手段和措施。
本發明的目的就是提供一種把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，實現「小震不顫，大震微顫」，把破壞性地震化為非破壞性的，從而使其上的建築物不倒塌，使人民生命財產和人類文明從根本上免遭地震傷毀，基本消除人類第一大自然災害——地震帶來的可怕厄運。
本發明的目的是這樣實現的一種把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，其特徵在於它由主旋臂、中心柱組件、承託樁組件、高強度消波螺栓組成；a.每一主旋臂由兩條等高的鋼板呈螺旋反「S」型彎曲構成，該兩條鋼板中部間距較寬，向兩端逐漸變窄，兩端靠緊，該兩條鋼板之間以多組等距交錯排列的高強度消波螺栓組連接，該消波螺栓組的構造為在主旋臂兩條鋼板的對應通孔中穿入一有釘頭的高強度螺栓，該螺栓中部外套一強力彈簧，該彈簧由分別套裝於螺栓左、右端且分別焊接於兩鋼板內側的彈簧頂筒支承，在該彈簧及彈簧頂筒外套裝有一內套筒，該內套筒焊接於一鋼板的內壁，該內套筒外套裝一外套筒，該外套筒焊接於另一鋼板的內壁，所述內、外套筒的長度小於二鋼板的間距而有沿螺栓軸向移動的空間，所述螺栓穿出主旋臂雙鋼板的外端以墊圈螺母鎖緊並將該螺母焊接於墊圈及螺栓頭部；b.2～10條螺旋形主旋臂各以其窄端扣搭於一中心柱組件的承託帽的旋槽中，該承託帽呈圓柱形，其頂部有與主旋臂數量相同的等分圓周的旋槽，各旋槽的底部呈內深外淺的斜面與主旋臂窄端部的斜度相反的斜面相應，該2～10條主旋臂輻射狀等分圓周同向彎曲構成一螺旋消震單元；該承託帽下端有圓孔以松配合套裝於中心柱的頂端，該中心柱深入地下；c.每條主旋臂由若干承託樁組件支承，其構造為每一承託樁頂部套接一承託帽，該承託帽為圓柱體，其中心有一長槽容納主旋臂的插入，該主旋臂的下側邊沿有一凹口卡入承託帽的長槽的底部實現定位，在承託帽的長槽頂部有一圓孔內裝螺栓組，該螺栓的中部套裝有與長槽等寬的頂筒；該承託帽下端有圓孔以松配合套裝於承託樁的頂部，該承託樁深入地下；d.若干由主旋臂組成的螺旋消震單元相互以主旋臂連接，組成一龐大的螺旋連鎖消震網、鏈。
本發明的目的還可以通過以下措施實現所述主旋臂高20m，每條主旋臂長300～2000m，其頂部埋設於距地表5m深的地下泥土中。
在所述螺旋消震網、鏈的邊沿的主旋臂外側連接有次旋臂，該次旋臂為彎曲的單板，以螺栓組固接於主旋臂雙板中的靠外側板。
在所述螺旋連鎖消震網、鏈的平面空隙處，於地面建築物的主要支柱所在處埋設有人造穩心，其結構與一螺旋消震單元相同，但其尺寸可以較小，其高度可以較矮，其半徑r＝5～10m。
所述主旋臂的數量為6條。
所述主旋臂、消波螺栓組件、承託帽、中心柱、承託樁、次旋臂的材質為不鏽鋼。
本發明有以下積極有益的效果1.本發明的主旋臂結構構成消除地震波的四道關口，它們是①主旋臂的曲板鋼板外壁；②套裝於高強度消波螺栓的強力彈簧；③內、外套管的相對伸縮④主旋臂的另一鋼板的曲面內壁。地震波經此四道關口的阻擋化解，其破壞力消失或減弱。
2.在相同的地質體的條件下，漩渦構造的大小反映地震力的大小。據此而發現，人造漩渦的大小必能化解與之相應大小的地震力。鑑於環境的限制和施工之困難，不可能製造一個足以化解相應地震力的巨大漩渦裝置。但可以由相應數量的半徑適中的人造漩渦組合成巨大的螺旋消震群或螺旋連鎖消震網、鏈，埋設在新城規劃區或現有居住區的地表向下5m再向下20m左右的「地震破壞層」中，來集體化解地震力。
3.漩渦構造的中心是外力的合力所不通過的地方，因而此中心不但「相對固定」，而且相對穩定。據此而發現，漩渦的中心是一穩定區，可名為「穩心」。進而發現，有了人造漩渦就有了人造穩心。人造穩心可作為建築物的中心柱或若干主柱之位置。因而可以將大型建築物的中心柱或主柱設置在人造小漩渦(半徑r＝5m～10m)的中心，即此種人造小漩渦可以設在巨大的螺旋消震網、鏈之內。
4.在水平地震波的衝擊下，地表發生小型旋扭運動，形成深約20m左右的「地震破壞層」，使建築物扭裂倒塌。據此而發現，只要設法隔斷並吸收掉水平地震波，就能使這種旋扭運動減至最輕微或不發生，「地震破壞層」也就化為「非地震破壞層」。由於這種旋扭運動只有20m左右的深度，是有辦法使之減至最輕微或不發生的。這個辦法就是製成高達20m的具有消震功能的螺旋消震網、鏈並埋在「地震破壞層」中。
5.「摩擦杭」即磨擦樁由於處在「河成沙」(「地震破壞層」)內，以致地震能使其上的基礎傾斜；「支持杭」即支持樁因穿過「河成沙」(「地震破壞層」)進入到「海成沙」(「安定層」)內，以致地震不能使其上的基礎傾斜。據此而發現，只要磨擦樁穿過「地震破壞層」進入到「安定層」內，其上的被承託物就同樣不受地震影響。因此，可將承託主旋臂的承託樁以磨擦樁形式全部打入「安定層」中，這樣，當地震來臨時，承託樁上的主旋臂不但安穩，而且還可以用泥土的磨擦力來抵消承託樁的自身重量和承託重量，達到承託主旋臂的功能。
本發明是一項開拓性的龐大的鋼結構工程，新城規劃區或現有居住區有多大，它就不但有多大，而且還要更大。
本發明是把居住區的破壞性地震化為非破壞性的，著眼於地震本身，屬治「本」範圍，是積極、主動、徹底的，是最有效的。
現結合附圖進行說明
圖1本發明的一個六角螺旋消震單元的結構示意圖；圖2是圖1中一條主旋臂的局部結構示意圖；圖3是圖2中一段主旋臂的結構示意圖，示消波螺栓的位置；圖4是圖3的側視圖；圖5是圖3中一組消波螺栓的結構示意圖；圖6是圖1中的中心柱及承託帽的結構示意圖；圖7是圖6的俯視圖；圖8是圖1中主旋臂窄端與承託帽的結合部的結構示意圖；圖9是圖1中承託樁及承託帽的結構示意圖；圖10是圖9的俯視圖；圖11是主旋臂凹口卡於承託帽槽中的結構示意圖；圖12是圖11的側視圖；圖13是用圖1所示六角螺旋消震單元以多個單元鎖定組合構成的消震網、鏈的實施例；圖14示本發明埋設於地面下的結構示意圖；圖15是本發明的人造穩心的結構示意圖；圖16示在消震網、鏈邊緣的主旋臂上連接有次旋臂的結構示意圖；圖17是圖16的局部結構示意圖，顯示次旋臂與主旋臂的連接結構。
附圖編號1.主旋臂11A.鋼板11B.鋼板111.斜面112.凹口12.消波螺栓組121.高強度螺栓 122.強力彈簧123.彈簧頂筒124.彈簧頂筒125.內套筒 126.外套筒127.墊圈螺母2.中心柱組件201.承託帽 202.旋槽203.中心柱3.承託樁組件301.承託帽 302.長槽303.頂筒304.螺栓螺母305.承託樁
4.螺旋消震單元5.螺旋連鎖消震網、鏈6.次旋臂 601.螺栓螺母7.人造穩心8.地表9.土壤h.主旋臂高 h1.土壤層厚L.主旋臂長 t.主旋臂單板厚b.主旋臂中部寬度請參照圖1，本發明的把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，由主旋臂1、中心柱組件2、承託樁組件3、高強度消波螺栓12組成；請參照圖2圖3圖4圖5，每一主旋臂1由兩條等高的鋼板11A、11B呈螺旋反「S」型彎曲構成，該兩條鋼板中部間距較寬，向兩端逐漸變窄，兩端靠緊，該兩條鋼板之間以多組等距交錯排列的高強度消波螺栓組12連接，該消波螺栓組12的構造為在主旋臂兩條鋼板的對應通孔中穿入一有釘頭的高強度螺栓121，該螺栓中部外套一強力彈簧122，該彈簧由分別套裝於螺栓左、右端且分別焊接於兩鋼板內側的彈簧頂筒123、124支承，在該彈簧及彈簧頂筒外套裝有一內套筒125，該內套筒焊接於一鋼板的內壁，該內套筒外套裝一外套筒126，該外套筒126焊接於另一鋼板的內壁，所述內、外套筒125、126的長度小於二鋼板11A、11B的間距而有沿螺栓軸向移動的空間，所述螺栓121穿出主旋臂雙鋼板的外端以墊圈螺母127鎖緊並將該螺母焊接於墊圈及螺栓頭部；請同時參照圖6圖7圖8，所述2～10條螺旋形主旋臂1各以其窄端扣搭於一中心柱組件2的承託帽201的旋槽202中，該承託帽201呈圓柱形，其頂部有與主旋臂數量相同的等分圓周的旋槽202，各旋槽202的底部呈內深外淺的斜面與主旋臂1窄端部的斜度相反的斜面111相應，該2～10條主旋臂輻射狀等分圓周同向彎曲構成一螺旋消震單元4；該承託帽201下端有圓孔以松配合套裝於中心柱203的頂端，該中心柱203深入地下；請同時參照圖9圖10圖11圖12，每條主旋臂由若干承託樁組件3支承，其構造為每一承託樁頂部套接一承託帽301，該承託帽301為圓柱體，其中心有一長槽302容納主旋臂1的插入，該主旋臂的下側邊沿有一凹口112卡入承託帽的長槽302的底部實現定位，在承託帽的長槽頂部有圓孔內裝螺栓螺母組304，該螺栓的中部套裝有與長槽等寬的頂筒303；該承託帽下端有圓孔以松配合套接的承託樁305，該承託樁深入地下；請參照圖13，若干由主旋臂1組成的螺旋消震單元4相互以主旋臂1連接，組成一龐大的螺旋連鎖消震網、鏈5。
請參照圖14，在較佳實施例中，所述主旋臂1高20m，每條主旋臂1長300～2000m，其頂部埋設於距地表5m深的地下泥土中。
請參照圖16圖17，在所述螺旋消震網、鏈5的邊沿的主旋臂1外側連接有次旋臂6，該次旋臂6為彎曲的單板，以螺栓組601固接於主旋臂1雙板中的靠外側板。
請參照圖15，在所述螺旋消震網、鏈的平面空隙處，於地面建築物的主要支柱所在處埋設有人造穩心7，其結構與一螺旋消震單元4相同(圖15示六條主旋臂實施例)，但其尺寸可以較小，其高度可以較矮，其半徑r＝5～10m。
實施時，所述主旋臂1、消波螺栓組件12、承託帽201、301、中心柱203、承託樁305、次旋臂6的材質為不鏽鋼。
本發明的結構特點本發明主要由主旋臂、承託樁組件和中心柱組件組成，均用抗扭抗衝擊而富於彈性的不鏽金屬製造，使之具有良好的強韌性。整個裝置埋在地表向下20m左右厚的「地震破壞層」中。
1.主旋臂由2～10條螺旋形主旋臂構成一個漩渦(圖1示六條主旋臂的實施例)。
主旋臂的中點在兩個漩渦的邊緣的交接處，兩端搭在兩個漩渦的中心柱上，整條旋臂由兩條螺旋形旋臂相連而成，呈反「S」型(見圖1)。它的中點最寬，兩端最窄。由於「地震破壞層」的深度在20m左右，它頂部離地表的距離定為5m，其高度h＝20m，其中點寬度b＝0.8m(b∶h＝1∶25)，其長度L＝1600m(設一個漩渦半徑R＝500m)；它由兩塊厚度t＝0.05m的不鏽鋼板組成。這些具體數字，除其高度定死不變外，以「以震不顫，大震微顫」為準進行計算時，可作相應變更。
在主旋臂壁面(鋼板)布上不鏽鋼高強度消波螺栓(見圖3)。在螺栓上套上不鏽鋼強力彈簧、不鏽鋼彈簧頂筒和不鏽鋼內外套筒(見圖5)。而構成主旋臂壁的鋼板的連接，則採用不鏽鋼高強度螺栓。
主旋臂實質上是由消波壁(鋼板)，消波彈簧和消波套筒組成。這樣，當水平地震波衝擊主旋臂壁面時，須過四道關口第一道關口是主旋臂壁面，由於主旋臂是螺旋形而非正圓形，其旋弧切線均與任何方向的水平地震波不成直角，從而使水平地震波偏斜而擴散、削弱；第二道關口是強力彈簧，使已削弱的水平地震波更弱；第三道關口是能伸縮的內外套筒，使更弱的水平地震波更更弱；第四道關口是主旋臂另一壁面，使更更弱的水平地震波更更更弱。而且，消波螺栓在消波的同時又增大主旋臂壁面的剛度。
由於主旋臂之間的間距在漩渦邊緣最大，因而它在這裡的寬度亦需增大，以便更有效地抵抗水平地震波的衝擊。由於它在這裡的寬度最大而向漩渦中心的那一端最窄，當水平地震波由這裡向內裡衝擊時，又可增大它兩側與地層之間的摩擦阻力而起消解地震波的作用。
這樣一種結構的主旋臂具有多功能消震性，而且不是一條，而是無數條，組成龐大的螺旋消震網、鏈。
2.承託樁主旋臂由不鏽鋼圓柱形承託樁承託。
承託樁的直徑由下面三個因素決定(1)能承託主旋臂的重量；(2)符合受壓構件的容許長細比；(3)達到「小震不顫，大震微顫」的目的。
承託樁應儘量加大直徑並用管柱，以增大樁的摩擦力和穩定性。
承託樁的頂端套一個能適當轉動的承託帽(見圖9、圖10)，主旋臂在每根承託樁的地方留一與此帽直徑稍大些的向下的凹口，卡於此帽的槽中(見圖11、圖12)。
承託樁全置於「安定層」中，當水平地震波衝擊主旋臂壁面——側壓來臨時，能起穩定主旋臂的作用並使縱向地震波通過它向主旋臂傳遞而分散、消失。
3.中心柱中心柱亦是不鏽鋼圓柱形，設在漩渦中心，承託主旋臂的窄端。其頂端亦套一個能適當轉動的承託帽。帽上的承託旋槽應比主旋臂的窄端稍寬，以使其窄端在槽內有一定鬆動性。並且旋槽底由裡向外成向上的斜坡；主旋臂窄端的下部則由外向裡成一向下斜坡，扣搭於旋槽底部。這樣，有利於消解地震波。
4.螺旋連鎖消震網、鏈關於螺旋消震網、鏈的組合形式，以六角形較為合理。我們從蜂窩的六角形可以看出其合理性。所以，在新城規劃區或現有居住區採用六角螺旋連鎖消震網、鏈是合理的。根據城市規模和抗震需要，要多大就多大。
5.次旋臂處於螺旋消震網、鏈邊緣的主旋臂，其外側應輔以次旋臂，用以首擋地震力之旋扭或衝擊。
權利要求
1.一種把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，其特徵在於它由主旋臂、中心柱組件、承託樁組件、高強度消波螺栓組成；a.每一主旋臂由兩條等高的鋼板呈螺旋反「S」型彎曲構成，該兩條鋼板中部間距較寬，向兩端逐漸變窄，兩端靠緊，該兩條鋼板之間以多組等距交錯排列的高強度消波螺栓組連接，該消波螺栓組的構造為在主旋臂兩條鋼板的對應通孔中穿入一有釘頭的高強度螺栓，該螺栓中部外套一強力彈簧，該彈簧由分別套裝於螺栓左、右端且分別焊接於兩鋼板內側的彈簧頂筒支承，在該彈簧及彈簧頂筒外套裝有一內套筒，該內套筒焊接於一鋼板的內壁，該內套筒外套裝一外套筒，該外套筒焊接於另一鋼板的內壁，所述內、外套筒的長度小於二鋼板的間距而有沿螺栓軸向移動的空間，所述螺栓穿出主旋臂雙鋼板的外端以墊圈螺母鎖緊並將該螺母焊接於墊圈及螺栓頭部；b.2～10條螺旋形主旋臂各以其窄端扣搭於一中心柱組件的承託帽的旋槽中，該承託帽呈圓柱形，其頂部有與主旋臂數量相同的等分圓周的旋槽，各旋槽的底部呈內深外淺的斜面與主旋臂窄端部的斜度相反的斜面相應，該2～10條主旋臂輻射狀等分圓周同向彎曲構成一螺旋消震單元；該承託帽下端有圓孔以松配合套裝於中心柱的頂端，該中心柱深入地下；c.每條主旋臂由若干承託樁組件支承，其構造為每一承託樁頂部套接一承託帽，該承託帽為圓柱體，其中心有一長槽容納主旋臂的插入，該主旋臂的下側邊沿有一凹口卡入承託帽的長槽的底部實現定位，在承託帽的長槽頂部有一圓孔內裝螺栓組，該螺栓的中部套裝有與長槽等寬的頂筒；該承託帽下端有圓孔以松配合套裝於承託樁的頂部，該承託樁深入地下；d.若干由主旋臂組成的螺旋消震單元相互以主旋臂連接，組成一龐大的螺旋連鎖消震網、鏈。
2.如權利要求1所述的把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，其特徵在於所述主旋臂高20m，每條主旋臂長300～2000m，其頂部埋設於距地表5m深的地下泥土中。
3.如權利要求1所述的把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，其特徵在於在所述螺旋消震網、鏈的邊沿的主旋臂外側連接有次旋臂，該次旋臂為彎曲的單板，以螺栓組固接於主旋臂雙板中的靠外側板。
4.如權利要求1所述的把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，其特徵在於在所述螺旋連鎖消震網、鏈的平面空隙處，於地面建築物的主要支柱所在處埋設有人造穩心，其結構與一螺旋消震單元相同，但其尺寸可以較小，其高度可以較矮，其半徑r＝5～10m。
5.如權利要求1所述的把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，其特徵在於所述主旋臂的數量為6條。
6.如權利要求1所述的把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈，其特徵在於所述主旋臂、消波螺栓組件、承託帽、中心柱、承託樁、次旋臂的材質為不鏽鋼。
全文摘要
一種把破壞性地震化為非破壞性的螺旋連鎖消震網、鏈,由2～10條多功能消震性的螺旋形主旋臂構成一個螺旋消震單元,進而構成龐大的螺旋連鎖消震網、鏈,用具有良好強韌性的不鏽鋼製造,埋設在新城規劃區或現有居住區的地表向下20m左右厚的「地震破壞層」中。本發明可實現「小震不顫,大震微顫」,把破壞性地震化為非破壞性的,從而使其上的建築物不倒塌,使人民生命財產和人類文明從根本上免遭地震傷毀,基本消除人類第一大自然災害—地震帶來的可怕厄運。
文檔編號E02D31/00GK1275662SQ0010574
公開日2000年12月6日 申請日期2000年4月10日 優先權日2000年4月10日
發明者何代文 申請人:何代文