專利名稱：建筑物基礎(chǔ)上的減震液包的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木建筑技術(shù)，減震液包可放置于建筑物的基礎(chǔ)上或其他部位，是一種簡單有效的減震裝置。
地震對建筑物的破壞是很大的，尤其對磚混結(jié)構(gòu)在8°、9°及以上烈度區(qū)破壞是很普遍和嚴(yán)重的，對人民的生命財產(chǎn)造成很大的危害。地震對建筑物的破壞機(jī)理是很復(fù)雜的，因素很多，地震本身的隨遇性很大，很難予估?，F(xiàn)行抗震規(guī)范采用反應(yīng)譜方法計算地震力，也是一種近似的方法，抗震規(guī)范的設(shè)計原則是裂而不倒，減輕建筑物破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失。為此要增加建筑物的造價，對于8°烈度區(qū)為1～3%，9°烈度區(qū)為5～8%，即使如此仍難以達(dá)到令人滿意的效果。實際地震對建筑物的破壞仍很大，如唐山原劃為6°烈度區(qū)，1976年7月28日發(fā)生了7.8級大地震，市區(qū)烈度為Ⅺ度和Ⅹ度，在Ⅺ度區(qū)，各種房屋基本倒平，個別嚴(yán)重破壞，Ⅹ度區(qū)，多層磚混結(jié)構(gòu)，工業(yè)廠房，鋼筋混凝土框架，大多數(shù)倒塌或嚴(yán)重破壞，人員傷亡達(dá)40萬。世界范圍內(nèi)地震更是頻繁發(fā)生，造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，目前各國亦缺乏經(jīng)濟(jì)有效的抵御手段，有效的抵御地震災(zāi)害是擺在世界人民面前的一大課題。
本發(fā)明的目的是提出一種減震液包，放置于建筑物基礎(chǔ)上或其他部位，液包的頂板和底板上各有一些φ10的筋條分別錨固于基礎(chǔ)上盤和下盤的混凝土中，構(gòu)成一種基礎(chǔ)上盤和下盤之間由液包連成的柔性連接復(fù)合基礎(chǔ)。液包根據(jù)橫波是剪切波，它不能在流體里傳遞的原理，借以阻當(dāng)對建筑物危害最大的地震橫波，達(dá)到減震的目的。
發(fā)明是這樣實現(xiàn)的;一種減震液包，它是封閉殼體與充滿其中的流體的組合，其特征是殼體的豎壁足夠柔韌，且易變形，殼體內(nèi)的流體可以是水，或其他液體和氣體。封閉殼體的頂部一側(cè)留有注液孔。液包按材質(zhì)不同有鋁水包和軟塑料水包等。鋁水包由頂板1底板2和側(cè)板3焊接成封閉的圓柱形殼體，側(cè)板3呈可伸縮的彎折形截面。軟塑料水包由柔韌塑料加工成封閉的中空殼體，其豎壁呈可伸縮的彎折截面(如同洗衣機(jī)的軟塑料排水管)，或由編織金屬網(wǎng)箍圍的波浪形截面，液包中的液體不能傳遞剪切波，也就是不能傳遞水平力和位移，液包中的殼體豎壁由于由柔韌材料制成，且易變形，也不能傳遞水平力和位移，從而實現(xiàn)減震的目的。


圖1、液包在多層磚混結(jié)構(gòu)帶形基礎(chǔ)上平面布置示意圖及其剖面。
圖2、液包在鋼筋混凝土框架柱單獨(dú)基礎(chǔ)上平面布置圖及其剖面。
圖3、鋁水包詳圖。
圖4、軟塑料水包詳圖。
圖5、金屬網(wǎng)箍圍側(cè)壁的軟塑料水包詳圖。
圖6、地球斷面示意圖。
圖7、體波在地球內(nèi)傳播速度的變化。
圖8、地震波傳播與運(yùn)動形式示意圖。
圖9、典型地震加速度圖。
圖10、液包在高層建筑伐片或箱形基礎(chǔ)上平面布置示意圖。
建筑物基礎(chǔ)上液包的減震工作原理當(dāng)水平地震橫波引起地面水平運(yùn)動時，基礎(chǔ)的下盤1，如圖1、圖2所示，隨地面一起運(yùn)動，液包中的液體不能傳遞剪切波，即不能傳遞水平力和位移，液包的側(cè)壁很柔軟，且易變形隨之被拉伸，側(cè)壁的下部隨基礎(chǔ)下盤1位移，也不能傳遞水平力和位移，側(cè)壁的上部與基礎(chǔ)的上盤3一起保持不動或微動，故地面的水平運(yùn)動傳不到上部結(jié)構(gòu)，或只傳到很少一點(diǎn)。從而達(dá)到減震的目的。
結(jié)合圖3、圖4、圖5說明液包的制作。為實現(xiàn)液包的良好減震效果，要求其殼體豎壁材料必須足夠柔韌，耐腐，耐久(一般房屋要使用50年以上)，由于材料不夠理想，故要從體形上保證任一方向側(cè)向剛度為最小的體形，那就是圓柱形故液包要做成圓柱形，如圖3所示的鋁水包，和如圖4、圖5所示的軟塑料水包。充滿液包內(nèi)的流體可以是水或其他液和氣體。
鋁水包的制作詳見圖3，另有幾點(diǎn)說明1、鋁水包由頂板1、底板2和側(cè)板3焊接成圓柱形封閉殼體，貼角焊縫高度h＝2.2mm，側(cè)壁3彎折大樣見詳圖1，中間加一道箍7，頂板的一側(cè)留有注液管4，殼體內(nèi)充滿流體5。
2、鋁液包的直徑D為頂板1和底板2的直徑，側(cè)板3的中心線直徑為D-20。
3、鋁水包的頂板1和底板2采用2mm厚的工業(yè)純鋁板，側(cè)板3采用1號工業(yè)高純鋁板LG1，含A1＞99.996%，軟的，HB＝17，σS＝130kg/cm2，硬的，HB＝27，σS＝1100kg/cm2也可采用工業(yè)純鋁，軟的，HB＝23，σS＝350kg/cm2，容許應(yīng)力[6]＝σS/1.42，側(cè)壁厚2mm。
4、鋁板先在空氣中充分氧化形成氧化膜，側(cè)板3彎折后，彎折處要充分形成氧化膜。
內(nèi)外表面均刷氯磺化聚乙烯涂料X52-3型防水涂料四遍，先用SL-4結(jié)構(gòu)膠將側(cè)板3與頂板1底板2粘結(jié)在一起，牢固后再施焊，采用鎢極氬弧焊，焊前，焊縫金屬熔化區(qū)可用堿蝕法來清除鋁板上的油污，氧化膜等雜質(zhì)，處理后及時施焊，氬弧焊采用鋁焊絲，絲301，氬的純度應(yīng)大于99.9%，焊后補(bǔ)刷焊縫處油漆。
5、側(cè)板正中間加箍圈7，其內(nèi)徑為372，對焊后車平，箍圈7采用高強(qiáng)度鋁合金，T4熱處理(淬火)，σS＝32.3kg/mm2僅頂端焊于側(cè)壁上，兩面貼角焊縫h＝2mm，兩側(cè)邊不焊。
6、鋁水包材質(zhì)、規(guī)格、尺寸、試壓壓力、承壓力等見表-1
試壓時模擬圖1中1-1剖面的情形，即液包置于上下剛體之間。試壓后，頂板底板各粘接上一些鋁筋條(不能用鋼筋)以備錨固于混凝土中。
軟塑料水包制作軟塑料水包由柔韌塑料加工成型，由于其材質(zhì)柔韌，各種形狀的水包都具有良好的減震效果，但仍以圓柱形為最好，如圖4、圖5所示。對于尺寸較小的可加工成正體的封閉殼體;對尺寸較大的，或為節(jié)省柔韌材料，可用價錢便宜的材料作頂板1和底板2，側(cè)板3要用柔韌材料加工成可伸縮的彎折截面，如圖4詳圖1所示，或如圖5詳圖1所示，側(cè)板3的軟塑料波浪形截面用波浪形的金屬網(wǎng)7箍圍，用SL-4結(jié)構(gòu)膠將側(cè)板3與頂板1，底板2粘結(jié)在一起，粘結(jié)寬度為b＝12，14。金屬網(wǎng)7由小橫圈8直徑為D-20-6，大橫圈9直徑為D-20+8，和豎絲10編織而成的波浪形金屬網(wǎng)。小橫圈8用oCr17Ni7A1不銹鋼(σS＝102kg/mm2)做成，大橫圈9和豎絲10用1號工業(yè)高純鋁(硬的，σS＝11kg/mm2)做成。金屬絲刷氯磺化聚乙烯涂料X52-3型防水涂料四遍。頂板的一側(cè)留有進(jìn)水管4。水包是封閉殼體與充滿其中的流體5的組合。
可用于加工軟塑料水包的柔韌材料有1、聚三氟氯乙烯F-3，不吸水、不透氣，耐老化、耐腐蝕，是最理想的材料，但價格貴，160元/kg。彎＝ 700/1.4 ＝500kg/cm2r＝2.132、線性低密度聚乙烯，LLDPE，應(yīng)加抗老化劑。＝ 2700/2.5 ＝1080kg/cm2r＝0.926 6元/kg3、用F-3和LLDPE復(fù)合膜做側(cè)壁3，即0.5mm厚的F-3和1.5mm厚的LLDPE復(fù)合膜，F(xiàn)-3放在殼體的內(nèi)邊，LLDPE在外邊。頂板1和底板2用2mm厚的LLDPE板材。
4、乙烯與丙烯酸乙脂共聚物(EEA)，r＝0.93[σ]＝ 110/1.5 ＝73kg/cm25、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) r＝0.943，[σ]＝100kg/cm26、離子交聯(lián)聚合物(lonomers) r＝0.95[σ]＝140kg/cm2圖4所示的軟塑料水包中間加一道箍7，用SL-4結(jié)構(gòu)膠將箍7的頂端粘結(jié)于側(cè)壁3上，兩側(cè)不粘結(jié)，箍圈7為-10×4，可用高強(qiáng)度的不銹鋼做成，如0Cr17Ni7A1，0Cr17Ni4Cu4Nb[σ]＝7180kg/cm2軟塑料水包的材質(zhì)、規(guī)格、尺寸、試壓壓力、承壓力等見表2、表3。減震液包高度H越大，能適應(yīng)的位移越大。金屬網(wǎng)箍圍的軟塑料水包高度可隨意。
按表中壓力試壓，模擬圖1中1-1剖面的情況，即把液包放在上下剛體之間試壓，合格后，頂?shù)装迳细髡辰Y(jié)上一些φ10的筋條以備錨固于混凝土中。
結(jié)合圖6～9從地震的形成，地震波的類型、性狀及有關(guān)引證進(jìn)一步論述液包的減震原理和效果。
地球是一個平均半徑為6400公里的橢圓球體，至今已有45億年的歷史。地球由性質(zhì)不同的三個層構(gòu)成，最外層是很薄的地殼，中間是很厚的地幔，最里面的叫地核，如圖6所示。
地殼是由各種不均勻的巖石組成表面沉積層下主要有兩大層，上部的花崗巖層和下部的玄武巖層，地殼的平均厚度是30公里，世界上絕大部分地震發(fā)生在地殼內(nèi)。
地幔主要由質(zhì)地非常堅硬，結(jié)構(gòu)比較均勻的橄欖巖組成。
地核半徑為3500公里，又分外核(厚2100公里)和內(nèi)核，推測主要構(gòu)成物為鎳和鐵。由于至今沒發(fā)現(xiàn)有地震橫波通過外核，故推斷外核處于液態(tài)，見圖7。而內(nèi)核可能是固態(tài)。(摘自1977年出版的<地震工程概論>P2)。
由地殼運(yùn)動產(chǎn)生的自然力推擠地殼巖層使其薄弱部位突然發(fā)生斷裂錯動，引起振動，即地震。
地震引起的振動以波的形式從震源向各個方向傳播，即地震波，它是一種彈性波，地震波包括可以通過地球本體的兩種體波，和只限于地面附近傳播的兩種面波，如圖8所示。
體波包含有縱波和橫波?？v波也稱P波，是由震源向外傳遞的壓縮波，質(zhì)點(diǎn)的振動方向和波的前進(jìn)方向一致，一般表現(xiàn)為周期短，振幅小;橫波也稱S波，是由震源向外傳遞的剪切波，質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播方向相垂直，一般表現(xiàn)為周期較長，振幅較大，且水平方向的振動比豎直方向的振動大，S波只能在固體里傳播，而P波在固體液體里都能傳播，如圖7所示。(見<地震工程概論>P3)。
面波也稱L波，一般可以說是體波經(jīng)地層界面多次反射形成的次生波，它包括瑞雷波和樂甫波。他們也屬于剪切波。一般L波的加速度較小。
從地面加速度記錄圖，圖9可以看出，P波最先到達(dá)，S波到達(dá)較遲，面波在體波之后到達(dá)。一般從P波到S波之間的振動叫初始微動，S波以后的振動叫主振動。
橫波不能在流體中傳播，在美國N·M紐馬克，E·羅森布盧斯著，葉耀先等譯的<地震工程學(xué)原理>一書中也談到，見P167……從未觀測到S波透過地核的情況，這是相信地核是液體的主要理由，因為流體不能傳遞剪切波。
一般高等學(xué)校教材<普遍物理學(xué)>第一冊(程守洙等著)中也有論述，P188……液體和氣體只有容變彈性，在液體和氣體里只能傳播與容變有關(guān)的彈性縱波。P189……固體能夠產(chǎn)生切變、容變，長變等各種彈性變形，所以固體中既能傳播與切變有關(guān)的橫波，又能傳播與容變或長變有關(guān)的縱波。
S波是剪切波，L波也屬于剪切波，它們不能在流體中傳播，因為流體沒有承受剪力的能力，液包減震就是利用這一原理。在建筑物基礎(chǔ)的上部設(shè)置液包減震層，水平方向的地震橫波不能通過它傳到上部結(jié)構(gòu)，而水平方向地震橫波是造成建筑物破壞的主要因素，建筑物本身抵抗豎向地震力的能力大于抵抗水平地震力的能力，因而達(dá)到減震的目的。
減震液包可用于7°、8°、9°及以上烈度區(qū)的多層磚混結(jié)構(gòu)的帶形基礎(chǔ)上，如圖1中剖面1-1所示，液包應(yīng)放在基礎(chǔ)上部，否則會有些影響減震效果。液包側(cè)壁外用瀝青玻璃布4二氈二油密封，留出折寬150，上下釘在予埋木條上。液包在冰凍線以上時，以膨脹珍珠巖作保溫層，務(wù)必防止液包中的水結(jié)冰。對每個注液管4加滿水后封死。當(dāng)然液包也可用于其他結(jié)構(gòu)的帶形基礎(chǔ)中。
減震液包也可用于多層鋼筋混凝土框架柱的單獨(dú)基礎(chǔ)中，如圖2。也可用于高層建筑的片伐基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)中，其平面布置示意圖如圖10。應(yīng)盡量采用較大直徑的液包，以節(jié)省材料、降低造價。
減震液包能大幅度減輕建筑物的地震災(zāi)害，減震效率可達(dá)50～60%，但增加造價不多，約0.5～3.5%，表1-3列了很多種液包，應(yīng)選用價廉者，最好的是聚三氟氯乙烯與線性低密度聚乙烯的復(fù)合膜液包，增加造價約3.5%，它的造價較高。上部結(jié)構(gòu)可仍按地震規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，僅在基礎(chǔ)上增設(shè)液包層，好在增加造價不多，有待實際地震檢驗其效果。
權(quán)利要求
1.地震橫波是剪切波，它不能在流體中傳遞，這是科技書中有的，但是利有這一原理減震是我的發(fā)明。一種建筑物基礎(chǔ)上的減震液包就是這一原理的實施例。
2.按權(quán)利要求1所述，一種建筑物基礎(chǔ)上的減震液包，多個液包擱置于建筑物基礎(chǔ)上，減震液包是一個封閉截面的殼體與充滿其中的流體的組合，其特征是殼體的側(cè)壁由柔韌材料制成，有鋁液包，軟塑料液包等。
3.按權(quán)利要求2所述，鋁液包的特征是由頂板1，底板2和側(cè)板3連接成圓柱形封閉截面，側(cè)壁3呈可伸縮的彎折截面。軟塑料液包的特征是，由柔韌塑料加工成中空封閉殼體，其側(cè)壁呈可伸縮的彎折截面或由編織金屬網(wǎng)箍圍的波浪形截面。液包的頂板一側(cè)留有進(jìn)水管4。
4.按權(quán)利要求2所述的減震液包其殼體材料有1號工業(yè)高純鋁LG1，工業(yè)純鋁，聚三氟氯乙烯F-3，線性低密度聚乙烯LLDPE，F(xiàn)3與LLDPE的復(fù)合膜，離子交聯(lián)聚合物，乙烯與丙烯酸乙脂共聚物EEA，乙烯一醋酸乙烯共聚物EVA等柔韌材料。
5.按權(quán)利要求2所述，減震液包殼體內(nèi)充滿的流體可以是水或其他液體和氣體。
6.按權(quán)利要求1所述的減震液包也可放置在建筑物的其他部位，用以減震。
全文摘要
地震橫波是引起建筑物破壞的主要因素，橫波是剪切波，它不能在液體中傳播，減震液包就是利用這一原理，隔離水平地震橫波引起的震害，達(dá)到減震的目的。減震液包有鋁水包和軟塑料水包等，其特征是側(cè)壁由柔韌材料做成可伸縮的彎折截面或波浪形截面。減震液包可用于多層磚混結(jié)構(gòu)的帶形基礎(chǔ)或其他帶形基礎(chǔ)上，也可用于鋼筋混凝土框架柱的單獨(dú)基礎(chǔ)上，和高層建筑的片伐或箱形基礎(chǔ)上。其減震效果可達(dá)50～60％。增加造價約0.5～3.5％。
文檔編號E02D27/34GK1054111SQ9010752
公開日1991年8月28日 申請日期1990年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月12日
發(fā)明者單蘊(yùn)平 申請人:單蘊(yùn)平