專利名稱：吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑物隔振技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種吸收倒塌建筑物產(chǎn)生的地面振動(dòng)的隔振溝。
背景技術(shù)：
超大型冷卻塔是采用二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)的核電站中關(guān)鍵的建構(gòu)筑物。目前世界上并無(wú)核電站冷卻塔的建造經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)有的行業(yè)認(rèn)知，1000MW級(jí)別核電站的冷卻塔，塔高一般需要達(dá)到200m以上，零米直徑180m以上。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)超大型冷卻塔上部結(jié)構(gòu)在外部偶然荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生整體下落、局部完整下落、局部碎片塌落等狀態(tài)。其中，整體下落造成的地面振動(dòng)加速度最大，以距離塌落點(diǎn)200m處為例，豎向峰值振動(dòng)加速度可達(dá)2. 4m/s2，可視為珊度的當(dāng)量地震。根據(jù)核電廠的整體規(guī)劃與布置，此級(jí)別的地面振動(dòng)必然會(huì)對(duì)核島區(qū) 域產(chǎn)生影響，會(huì)造成核島建筑物結(jié)構(gòu)應(yīng)力畸變、設(shè)備儀器儀表讀數(shù)突變等。為了減小冷卻塔塌落產(chǎn)生的地面振動(dòng)對(duì)核島的影響，必須采取必要的措施降低此種地面振動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)，主要有兩種減振思路。第一種可視為主動(dòng)減振措施。主動(dòng)減振是對(duì)超大型冷卻塔本身進(jìn)行分析，研究各種極端偶然荷載作用下，超大型冷卻塔的破壞點(diǎn)及倒塌模式。針對(duì)各種荷載對(duì)應(yīng)的超大型冷卻塔破壞點(diǎn)與薄弱點(diǎn)，進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施，如增強(qiáng)配筋、增加結(jié)構(gòu)延性等。此種方式可有效防止冷卻塔在多數(shù)偶然荷載作用下發(fā)生坍塌。但是主動(dòng)減振仍然存在局限性，由于冷卻塔的結(jié)構(gòu)體型、地基條件、以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)的限制，無(wú)法對(duì)所有外部偶然荷載作用下冷卻塔結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)都進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。此外，受限于目前施工作業(yè)水平，超大型冷卻塔塔體仍存在施工缺陷的可能性。因此在外部極端偶然荷載作用下，超大型冷卻塔仍具有倒塌的可能。此情況在相似的工程中曾多次出現(xiàn)。英國(guó)渡橋電廠的八座114米高的冷卻塔中的3座在一陣遠(yuǎn)低于50年一遇的強(qiáng)風(fēng)(基本風(fēng)速約18. 8 m/s，瞬時(shí)風(fēng)速35. 8 i^s)作用下先后倒塌，而其余的冷卻塔均出現(xiàn)了不同程度的裂縫，調(diào)查的結(jié)論是強(qiáng)度破壞。1973年，Ardeer電廠的單座137米高冷卻塔在中等風(fēng)速倒塌。其倒塌原因是因?yàn)槭┕と毕菰斐闪谁h(huán)向應(yīng)力超標(biāo)，在事故以前，塔身上就已出現(xiàn)了大量子午向裂縫。1979年，Bouchain的一座使用超過(guò)10年的冷卻塔在微風(fēng)中倒塌，原因可能是施工時(shí)就已經(jīng)存在嚴(yán)重的幾何誤差并累計(jì)惡化。以上分析及實(shí)例說(shuō)明，主動(dòng)減振可極大的減小冷卻塔的倒塌可能性，但是并不能完全保證超大型冷卻塔不發(fā)生意外倒塌。第二種措施為被動(dòng)減振措施。被動(dòng)減振措施主要思想是在地面設(shè)置地面減振帶吸收振動(dòng)能量，現(xiàn)有技術(shù)并無(wú)針對(duì)冷卻塔的被動(dòng)減振措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種吸收倒塌建筑物產(chǎn)生的地面振動(dòng)的隔振溝，其能夠有效吸收倒塌建筑物倒塌時(shí)產(chǎn)生的地面振動(dòng)，降低倒塌建筑物倒塌時(shí)會(huì)被保護(hù)建筑物的影響，提高被保護(hù)建筑物的安全性。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種吸收倒塌建筑物產(chǎn)生的地面振動(dòng)的隔振溝，所述隔振溝設(shè)于被保護(hù)建筑物與倒塌建筑物之間，所述隔振溝的橫斷面為等腰梯形，所述隔振溝包括有第一溝體及第二溝體，所述第二溝體靠近所述被保護(hù)建筑物設(shè)置，且所述第二溝體的橫斷面為等腰梯形，所述第一溝體及所述第二溝體內(nèi)分別填充有第一填充物及第二填充物，且所述倒塌建筑物處傳播介質(zhì)的波阻抗、所述第一填充物的波阻抗及所述第二填充物的波阻抗依次減小。由波的特點(diǎn)可知，如果地震波在傳播過(guò)程中遇到像巖石中的層理面、節(jié)理面、斷層面和自由面，或者在傳播過(guò)程中介質(zhì)性質(zhì)發(fā)生了變化時(shí)，那么地震波的一部分能量會(huì)從交界面反射回來(lái)，另一部分則折射過(guò)交界面進(jìn)入第二種介質(zhì)。并且地震波由波阻抗大的介質(zhì)進(jìn)入波阻抗小的介質(zhì)時(shí)，折射波的能量會(huì)大大衰減。也就是振動(dòng)波以壓縮入射波的形式從振動(dòng)源中心向外傳播，其介質(zhì)的波阻抗為P ，由于溝槽中空氣介質(zhì)的波阻抗P2C2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于P1C1，所以，通過(guò)自由面A進(jìn)入隔振溝的地震波會(huì)衰減，能量大大減小。當(dāng)隔振溝的深度足夠深時(shí)，只有小部分能量通過(guò)隔振溝底部介質(zhì)繞射到隔振溝另一側(cè)波阻抗為P3C3的介質(zhì)中。這樣隔振溝就可截?cái)嗟卣鸩ù蟛糠帜芰肯虮槐Ｗo(hù)建筑物傳播，即起到截波防震的效果O 通過(guò)設(shè)置所述隔振溝將所述倒塌建筑物倒塌時(shí)產(chǎn)生的地震波，當(dāng)?shù)卣鸩◤恼裨?倒塌建筑物)發(fā)出之后，在分別進(jìn)入所述第一溝體及所述第二溝體時(shí)，經(jīng)過(guò)兩次雙向反射、折射，將地震波最終轉(zhuǎn)化為鉛直方向與水平方向，最終吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的95%以上，減少倒塌建筑物倒塌對(duì)被保護(hù)建筑物的影響。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述隔振溝與所述被保護(hù)建筑物平行設(shè)置。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述倒塌建筑物的半徑或?qū)挾鹊囊话霝镽，所述隔振溝中心距離所述倒塌建筑物中心的距離為X，所述被保護(hù)建筑物的長(zhǎng)度L1，所述隔振溝的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，所述被保護(hù)建筑物距離所述倒塌建筑物中心的距離為L(zhǎng)，則L2= (X+R) L/L。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述隔振溝的深度H1為所述倒塌建筑物倒塌時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度深度的一半。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一溝體的寬度B1與所述第二溝體的上底寬度B3相等，所述倒塌建筑物倒塌時(shí)振動(dòng)的半波長(zhǎng)入。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一溝體的斜面的坡面比Y為I: I. (Tl:2. 0，則所述第二溝體的下底寬度在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述隔振溝的頂面距離地面的距離為500mm。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一填充物為細(xì)砂，所述第二填充物為軟土。本發(fā)明吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果
本發(fā)明通過(guò)在被保護(hù)建筑物與倒塌建筑物之間設(shè)置隔振溝，利用波的反射和折射原理，將隔振溝的形狀設(shè)置為梯形，并將隔振溝設(shè)置為兩部分，分別填充有不同的傳播介質(zhì)，改變倒塌建筑物倒塌所產(chǎn)生的地震波的大部分能量的傳播方向，只有極少部分能量向被保護(hù)建筑物傳播，起到截波防震的效果。


圖I為本發(fā)明吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝與建筑物的平面布置 圖2為本發(fā)明吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝的橫斷面 圖3為地震波經(jīng)過(guò)本發(fā)明吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝的傳播方向示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的隔振溝，所述隔振溝設(shè)于所述被保護(hù)建筑物與所述倒塌建筑物之間。如圖I所示，本實(shí)施例以所述隔振溝13設(shè)置于核電廠為例，所述被保護(hù)建筑物為核島區(qū)11、所述倒塌建筑物12為冷卻塔，所述隔振溝13設(shè)于所述核島區(qū)11與所述冷卻塔12之間。如圖2所示，所述隔振溝13的橫斷面為等腰梯形，且所述隔振溝13與所述核島區(qū) 11平行設(shè)置。本實(shí)施例優(yōu)選所述隔振溝13距離地面的預(yù)留有500mm距離，在所述隔振溝13的上面做路面硬化處理，以方便廠區(qū)的通行。所述冷卻塔12包括有水池，所述水池的半徑為R，所述隔振溝13中心距離所述核島區(qū)11中心的距離為X，所述核島區(qū)11的長(zhǎng)度Li(即所述核島區(qū)11與所述減震溝13平行方向的長(zhǎng)度)，所述隔振溝13的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，所述核島區(qū)11距離所述冷卻塔12中心的距離為L(zhǎng)，則L2= (X+R)IVL。其中，所述核島區(qū)11的長(zhǎng)度L1、所述核島區(qū)11距離所述冷卻塔12中心的距離L及所述冷卻塔12水池的半徑R可通過(guò)測(cè)量得知，X可根據(jù)實(shí)地需要設(shè)置不同的值，本實(shí)施例優(yōu)選X取值為100米，那么，通過(guò)SL2= (IO(HR)L1/!可得出所述隔振溝13的長(zhǎng)度值。由波的特點(diǎn)可知，如果地震波在傳播過(guò)程中遇到像巖石中的層理面、節(jié)理面、斷層面和自由面，或者在傳播過(guò)程中介質(zhì)性質(zhì)發(fā)生了變化時(shí)，那么地震波的一部分能量會(huì)從交界面反射回來(lái)，另一部分則折射過(guò)交界面進(jìn)入第二種介質(zhì)。并且地震波由波阻抗大的介質(zhì)進(jìn)入波阻抗小的介質(zhì)時(shí)，折射波的能量會(huì)大大衰減。如圖3所示，也就是振動(dòng)波以壓縮入射波的形式從振動(dòng)源中心向外傳播，其介質(zhì)的波阻抗為P !C1,由于溝槽中空氣介質(zhì)的波阻抗P 2c2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于P lCl，所以，通過(guò)自由面A進(jìn)入隔振溝13的地震波會(huì)衰減，能量大大減小。當(dāng)隔振溝13的深度足夠深時(shí)，只有小部分能量通過(guò)隔振溝13部介質(zhì)繞射到隔振溝另一側(cè)波阻抗為P3C3的介質(zhì)中。這樣隔振溝13斷地震波大部分能量向被保護(hù)建筑物傳播，即起到截波防震的效果。所述隔振溝13包括有兩部分，從所述冷卻塔12自所述核島區(qū)11依次設(shè)有第一溝體14及第二溝體15，所述第一溝體14的形狀為平行四邊形，所述第二溝體15的形狀為與所述隔振溝13相似的等腰梯形。所述第一溝體14及所述第二溝體15內(nèi)分別填充有第一填充物及第二填充物，且所述冷卻塔12處(振源處)的傳播介質(zhì)的波阻抗P lCl、所述第一填充物的波阻抗P2C2及所述第二填充物的波阻抗P3C3依次減小。在本實(shí)施例中，優(yōu)選所述第一填充物為細(xì)砂，所述第二填充物為軟土。為了更好的發(fā)揮所述隔振溝13的隔振效果，確定所述第一填充物的波阻抗P 2c2及所述第二填充物的波阻抗P3C3等的數(shù)值依據(jù)。采取有限單元計(jì)算方法，在有限元計(jì)算中，地基土傳輸振動(dòng)的本構(gòu)方程應(yīng)通過(guò)物理模型試驗(yàn)確定。通過(guò)這些關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量值反演出地基土的本構(gòu)方程及基土的密度P、動(dòng)剪切模量G、等效剪切波速Vse等相關(guān)參數(shù)。本發(fā)明采用通過(guò)物理模型試驗(yàn)采用重錘落地并記錄不同距離點(diǎn)的加速度響應(yīng)。試驗(yàn)按照以下步驟進(jìn)行
(1)選定試驗(yàn)K 試驗(yàn)D的試驗(yàn)點(diǎn)位置。本實(shí)施例按下表設(shè)置試驗(yàn)A 試驗(yàn)D
權(quán)利要求
1.一種吸收倒塌建筑物產(chǎn)生的地面振動(dòng)的隔振溝，其特征在于，所述隔振溝設(shè)于被保 護(hù)建筑物與倒塌建筑物之間，所述隔振溝的橫斷面為等腰梯形，所述隔振溝包括有第一溝體及第二溝體，所述第二溝體靠近所述被保護(hù)建筑物設(shè)置，且所述第二溝體的橫斷面為等腰梯形，所述第一溝體及所述第二溝體內(nèi)分別填充有第一填充物及第二填充物，且所述倒塌建筑物處傳播介質(zhì)的波阻抗、所述第一填充物的波阻抗及所述第二填充物的波阻抗依次減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝，其特征在于，所述隔振溝與所述被保護(hù)建筑物平行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝，其特征在于，所述倒塌建筑物的半徑或?qū)挾鹊囊话霝镽，所述隔振溝中心距離所述倒塌建筑物中心的距離為X，所述被保護(hù)建筑物的長(zhǎng)度L1，所述隔振溝的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，所述被保護(hù)建筑物距離所述倒塌建筑物中心的距離為L(zhǎng)，則L2= (X+R) Q/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝，其特征在于，所述隔振溝的深度H1為所述倒塌建筑物倒塌時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度深度的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝，其特征在于，所述第一溝體的寬度B1與所述第二溝體的上底寬度B3相等，所述倒塌建筑物倒塌時(shí)振動(dòng)的半波長(zhǎng)入。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝，其特征在于，所述第一溝體的斜面的坡面比Y為I: I. (Tl: 2. O，則所述第二溝體的下底寬度
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝，其特征在于，所述隔振溝的頂面距離地面的距離為500mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的吸收倒塌建筑物倒塌產(chǎn)生的地面振動(dòng)的核電站隔振溝，其特征在于，所述第一填充物為細(xì)砂，所述第二填充物為軟土。
全文摘要
本發(fā)明一種吸收倒塌建筑物產(chǎn)生的地面振動(dòng)的隔振溝，隔振溝設(shè)于被保護(hù)建筑物與倒塌建筑物之間，所述隔振溝的橫斷面為等腰梯形，所述隔振溝包括有第一溝體及第二溝體，所述第二溝體的橫斷面為等腰梯形，所述第一溝體及所述第二溝體內(nèi)分別填充有第一填充物及第二填充物，所述倒塌建筑物處傳播介質(zhì)的波阻抗、所述第一填充物的波阻抗及所述第二填充物的波阻抗依次減小。通過(guò)在被保護(hù)建筑物與倒塌建筑物之間設(shè)置隔振溝，利用波的反射和折射原理，將隔振溝的形狀設(shè)置為梯形，并將隔振溝設(shè)置為兩部分，分別填充有不同的傳播介質(zhì)，改變倒塌建筑物倒塌所產(chǎn)生的地震波的大部分能量的傳播方向，只有極少部分能量向被保護(hù)建筑物傳播，起到截波防震的效果。
文檔編號(hào)E02D31/08GK102926407SQ201210326818
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者劉立威, 湯東升, 馬兆榮, 彭雪平, 陸曉琴, 王曉村, 孫小兵, 劉晉超 申請(qǐng)人:中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院