帶有抗地震板的地基結構系統的製作方法
2023-05-29 10:59:21
專利名稱：帶有抗地震板的地基結構系統的製作方法
技術領域：
本發明所屬領域為抗地震結構，並涉及地球物理學中有關地震學的分學科。
背景技術：
在現有的技術狀況中，可以認為地震實際上是不可預測的。產生地震的主要原因是屬於板塊構造學方面的，板塊構造運動直接的效果就是在震中或震源處產生彈性力，彈性力傳播而穿過地殼(傳播形式為地震縱波或初波以及橫波或次級波)當這些彈性力到達地面時，在大地/空氣界面或大地/水體界面處，會形成具有不同強度或波長的表面力(形式為洛夫波、瑞利波、長波或L波)。
表面波的破壞性是最強的，其既在水平方向、又在垂直方向對建築結構施加作用，而迫使建築結構產生位移。該波動作用通過地基傳播到建築結構的其它部分，從而產生顫震和扭晃。
到目前位置，針對於地震的起因，已進行了很多的研究，且所有的研究都致力於對地震進行預報，以避免出現災難(在1975年，中國人成功地預報了在海城地區的地震)。另外，人們已經在努力衰減地震的破壞力，具體措施是將建築物設計成錐體狀的對稱結構；將電梯設置在中央；對結構進行增強一甚至於用其中富含碳纖維的混凝土來進行增強。
另一個研究領域則集中於找出延展性強的、且同時具有抵禦能力的材料，以便吸收或衰減地震波。
理想的情況是在地震波對地基產生作用之前，就將其衰減或消除掉。沿著這樣的設計思路，對電流變材料進行了研究，且這些研究預示著在不久的將來，就可以考慮在地基上應用這些材料的特性。
這些材料具有這樣的性質當在材料體中通入電流時，其就能保持剛性的固體態，而當停止電流供應時，物質在幾毫秒內就能變為凝膠態，該狀態的物質能更好地吸收地震波。
在西班牙，存在一個強制性的法規建築抗震標準—NCSE94。
發明內容
為了便於更好地理解本發明，下面簡要地介紹一些在本文中要考慮到的、極為相關的概念1.—所有的地震波力都是通過接觸來相互發生作用的，它們的傳播都需要一種理想的介質；2.—地震縱波或初波和類似波的作用形式類似於聲波，且能穿過固體和液體；3.—橫波或次級波等類似波僅能在固體中傳播；4.—液體是不可壓縮的；5.—通過接觸的互相作用力是不能在真空中傳播的；6.—力作用線不能透射過液體；7.—在本文所有的場合都要考慮帕斯卡原理；8.—在本文附圖中，為了便於更好地進行解釋，特意放大了比例；9.—僅考慮力的方向、大小以及作用點。
本發明的目的是通過抗地震板將地基與地震的彈性力相隔離，由此使所建造系統(建築物、橋梁等)的靜平衡免被破壞，因而，地震波不會傳播到建築工程的其餘部分上。
圖1所示的抗地震板是一容座，優選的情況是其為正方形，且其厚度是可變的，如圖2所示，該抗地震板被分成兩個部分。
在部分(A)中，以較小的壓力通入了一種液體或半液體。這樣進行設計的目的是在壓力作用下對地震波進行轉化，並破壞地震波的力作用線。
在部分(B)中，形成一真空，以阻擋縱波的傳播，因為縱波通過固體和流體傳播，而不能通過真空傳播。
該抗地震板必須能支撐很大的壓力。考慮到部分(A)的液體是不可壓縮的，所以在部分(B)(該部分中形成了真空)的兩表面(1和3)之間安裝了一些分隔器2，這些分隔器的形狀優選為球形，從而可用最小的接觸面獲得最大的抵抗力。
在圖2中，需要強調的是表面1和3具有小程度的撓性。這樣就使得地震波的機械力能向容座(A)內的液體施加壓力。
如可從圖3看出的那樣，圖2中的表面4應當與建築工程系統始終保持接觸。
按照地震彈性力頻率的階序，作用力首先是作用在圖2中的表面1上，這將會對分隔器2施加作用力，分隔器再向表面3施力，而表面3向容座A中的液體施加作用力，在該容座中，作用力被轉換為表面4上壓力，而該表面4向建築工程系統施力。在圖3中，將抗地震板2正確地組裝到地基板1的底部及其側邊或周邊。周邊的抗震板(如果不是環繞著地基板的單體抗震板)將利用容座(A)部分而相互接合起來，從而在整個周邊上液體的反作用力都是等量的。作用力F1代表建築物的靜態力，作用力F2是大地對建築物的反作用力，在不破壞靜態平衡的條件下，可用任何其它相等或更小的作用力(地震的情況)來取代該作用力。
圖3中的力F3可被看作是地表地震力，該作用力向液體(A)施加壓力，所施加的壓力反過來又產生一個壓力——該壓力環繞基座並試圖對其進行壓縮。這些作用力是相等的，且相互反向，因而可相互抵消。
力F4將是各個表面的非平衡力，力F3是主動力，而力F4則是反作用力。
本發明顯著的優點是能衰減或消除地震波，避免在建築物中產生顫震和扭晃，這將能實現不同的工程項目。
所採取的措施可消除建築物內人員在感受到地震時的心理反應。
本發明可應用到任何建築工程上，本發明使得建築工程能覆蓋很大的面積，從而能保護基礎結構、水管、煤氣管等。
本發明還適於用來衰減機器的震動、聲波等，或類似地用於支撐橋梁的橫梁或橋面板等。
圖1為正視圖；圖2是抗地震板的橫剖面圖，圖中A為液體所佔據的空間，B為形成真空的空間，表面1是與大地接觸的表面，標號2指代表面1與表面3之間的分隔器，標號3指代A空間與B空間之間的分隔面，表面4為與建築工程系統相接觸的外表面；在圖3中，標號1指代地基板和立柱，2為抗震板，F1為靜態力，F2是大地的反作用力，F3是地震的表面力，F4是各表面的未平衡力；圖4是一個橫剖面圖，以便於能領會各個抗震板；圖5是圖4的剖視圖，圖中，標號1為立柱，2為抗震板，3為地基板，4為環繞著地基板的箱體，5為環繞著建築物的周壁，6為絕熱混凝土，7用於支撐抗震板2的浮動絕熱混凝土，8為建築物撐杆而設的鋼筋地基板，9為空腔或填實腔，10是為側壁和立柱而設置的、帶有膨脹接頭的基床或鋼筋增強板，標號11指代大地。
在圖6中，標號1為錐形的地基板和支柱，2為抗震板，F1為地震的橫向力，F2是由欠平衡而產生的作用力，R1和R2是R3的分量，R3是指向下方的合力；以及圖7表示了地下擋牆，圖中，標號1為混凝土填層，2為抗震板，3指代大地，F1為地震力。
具體實施例方式
通過下文的描述(但該描述是非限定性的)，對三種優選形式的結構進行詳細描述，它們的特性是不相同的。
在建築物和類似建築工程的結構中，一種雙級抗地震屏障的效果是顯著的，該雙級屏障是由周壁和建築物的地基構成的，且其抗地震板要儘可能地大，這些抗震板是相互連通的(成為閉合迴路)，以便於使液體的反作用量是相同的。抗地震屏障可以是由一鋼筋混凝土板製成的，從而可支持著整個建築物，如果在地面上形成了相當顯著的裂紋，則還可利用該屏障來保護地基板。
圖4和圖5表示了建築工程的一種優選實施形式。
在將圍壩清空之後，用絕熱混凝土建造出周壁6和地基7的底部，然後再安裝抗地震板2，而後，設置對應於鋼筋混凝土板8的鋼筋和環繞著地基板或箱體4的側壁5。先澆築形成混凝土板8，然後再制出用於造型的輔板或側壁5，箱體中將包含著地基板4。一旦澆築完成、且板狀構件被撤去之後，抗地震板2就被安裝到了箱體內，從而可保護地基板。
可在地基板的底部安裝單塊抗震板，且如圖4所示，為各個周壁(見圖4，在此情況下周壁為四個側面)也設置了一單塊的抗震板2，從而在此情況下，將有四塊抗震板，與圖2中液體A對應的部分必須要相互連通起來而形成閉合的迴路。
安裝地基板3的鐵格柵，然後再對立柱1的鋼筋架進行澆築。空間9可以是一個充氣的空腔，或者也可以用沙礫或其它類似的物料將該空間填充，從而可達到所需的靜態強度。基床或基底10將具有一與側壁和立柱相連的膨脹接頭。在圖4和圖5中，大地被表示為N°(11)。
在圖6中，表示了一種地基板，這種地基板值得注意的原因在於其形狀是錐形的。這種地基板特別適用於建造靜態重量很輕的工程、或地基板相互分隔開的工程(橋梁、高架路等)。地基板也可以採用其它的形狀例如稜錐狀或圓柱狀等。
設計這些種類的地基板的目的在於使表面地震波能影響到的表面變為最小，並形成折射角，按照這樣的方式，就更容易使作用力傳播到阻抗最小的位置處，具體來講，除了獲得一個向下的合力之外，還獲得了一個包圍著地基板1的作用力，其中的合力向下擠壓或用於錨固，其可增大靜態力。
下文將按照示意性的方式，僅通過理解本發明特性的思想來展開介紹。
圖6中的力F1是表面地震波作用在地基板1上的作用力，該作用力的一部分分量包圍著地基板，並向上傳播，從而遇到的阻抗為最小，而作用力的另一部分分量則作用在抗地震板2上，從而對液體產生一個壓力，該壓力以正交的方式作用在包含液體的側壁上，由此而產生了兩個合成力R1和R2(可以理解可將周邊上的兩相對點看作是產生合力的位置處)。
通過合力R1和R2，獲得了另一個合力，該合力被稱為R3，其是一個垂直向下的力。
地基板的基坑通常為方坑的形式；因而，坑中空間的剩餘部分可用幹硬性混凝土進行填實，從而能使地基板獲得一個可抵消F2力的靜態力，其中的F2力如果被分解開時，將形成一個水平力、一個向上的垂直力。
設置圖7中地下擋牆的目的是對已建成的工程結構進行保護，使它們免受表面地震波的損壞，表面地震波的破壞性是最大的。
如圖7所示，表面地震力F1是經大地3和幹硬性混凝土填層1傳播的，其作用到抗震板2上，而後再以均勻的方式作用到大地上。
儘管這些擋牆能消除掉洛夫波，但其效果只是相對而言的，它們能允許具有不同波長的剩餘地震波穿過，從而將部分作用力傳遞到地下擋牆。這種建造方法將需要對間距、深度等進行研究。
認為這種採用地下擋牆的設計比在造價允許條件下採用電流變材料的方案更為有效或更為實際。後一設計方案的實現是非常簡單的挖出一儘可能窄、儘可能深的凹坑，用電流變材料、其它已知的半液體材料、或其它能獲得的材料對凹坑進行填充，這將是最簡單、最廉價的方案。
從歷史數據或統計數據可找出可能發生地震的區域或震源地，可建造出擋牆來衰減表面力，但即使以這樣的方式，可經固體和液體進行傳播的縱波或初波以及其它類似的波也能穿過擋牆，但這些波的危害性並不是最大的。
權利要求
1.一種帶有抗地震板的地基結構系統，其特徵在於在地震力或其它任何類似的作用力能作用到地基上之前，利用抗地震板將地基與這些作用力相隔離，從而避免作用力傳播到工程結構的其它部分，其中的工程結構是指建築物、橋梁等。
2.一種帶有抗地震板的地基結構系統，其特徵在於安置了足夠多的密封容座，容座被分隔成兩個部分(見圖2)，在其中一個部分(A)中引入了處於壓力作用下的液體，用於將地震的彈性力轉換為壓力，從而可破壞彈性力的力作用線，在另一部分(B)中形成了一個真空，用以對經固體和流體傳播過來的縱波或類似波進行衰減。
3.一種帶有抗地震板的地基結構系統，其特徵在於抗地震板是單獨的，或是相互連通的，並具有不同的形狀和尺寸，抗地震板可單獨布設、或疊層使用，其是用適於製造的材料製成的，抗地震板中密封隔室的布置也是可改變的，在該抗地震板中例如可形成一「B」型隔室(真空)，該隔室可被夾置在兩個「A」型隔室之間，另外，例如對於延展很大面積的工程結構—如道路，還可以考慮將抗地震板製成一單隔室的結構(內充液體)，以便於降低成本。
4.一種帶有抗地震板的地基結構系統，其特徵在於設計一種隔震基礎，當其形狀為圓柱形、稜錐形、圓錐形等時，其形狀有利於實現其功效(見圖6)，由於這些形狀受地震波作用的橫側面是縮小的，並形成了折射角，從而獲得一個向下作用的垂直合力。
5.一種帶有抗地震板的地基結構系統，其特徵在於可用地下擋牆來保護已建成的工程結構，使其免受表面波的損壞(見圖7)。
全文摘要
本發明涉及將建築物的地基及其餘部分與地震隔離開的措施。抗地震板(2)是一個密閉的容器，其被分隔成兩個部分。在部分「B」中形成真空，從而可消除經固體和流體進行傳播的縱波或地震初波。在部分「A」中通入一種壓力液體，以消除可經固體進行傳播的橫波或次級波。「F1」為地震波對抗地震板的橫向作用力，該作用力在液體中產生一個壓力，使得對地基板(1)的合力為零。「F4」是一個未被平衡的作用力，其對大地施壓。本發明可用在各種類型地基和大的面積區域中，用於對基礎設施等進行保護。作為備選方案，還可用於圓錐形基座、地下埋牆、橫梁支撐件等結構。
文檔編號E04H9/02GK1489659SQ01822300
公開日2004年4月14日 申請日期2001年12月17日 優先權日2000年12月19日
發明者安赫爾·卡斯蒂略·塞納爾, 安赫爾 卡斯蒂略 塞納爾 申請人:安赫爾·卡斯蒂略·塞納爾, 安赫爾 卡斯蒂略 塞納爾