[发明专利]蘑菇形刚性短桩及蘑菇形刚性短桩-橡胶砂复合隔震垫层

说明书

提出一种蘑菇形刚性短桩（2），短桩上下端为球面桩冠，桩身为圆形或十字形。当蘑菇形短桩放置于基础（4）和地基垫层（1）之间时，其上下端可沿着球面桩冠发生转动，上下两端的边界条件近似为“铰”。在蘑菇形短桩周围填满由废旧橡胶轮胎和天然砂组合成的橡胶砂（3），形成蘑菇形刚性短桩‑橡胶砂复合垫层。将该垫层铺设与地基与基础之间，蘑菇形刚性短桩（2）承受竖向荷载，橡胶砂（3）为短桩提供侧向约束，使得短桩在发生转动后具有自我回复能力，同时橡胶砂参与消耗能量。蘑菇形刚性短桩‑橡胶砂复合垫层具有水平刚度低、竖向刚度大、可自动回复、耗能能力强的特点，可作为一种良好的隔震垫层。蘑菇形刚性短桩‑橡胶砂复合垫层取材容易，消耗废旧轮胎，成本低廉，构造简单，可广泛应用与普通多层房屋的隔震。

技术领域

本发明为一种针对普通多层房屋隔震应用的隔震垫层，由一种创新的蘑菇形刚性短桩与废旧轮胎橡胶颗粒和砂的混合物构成复合横观各向同性隔震层，铺设于房屋结构地基和基础之间，起到隔离地震、耗散能量的作用，涉及到建筑结构、岩土工程和结构抗震与隔震领域。

背景技术

在汶川地震、玉树地震、雅安地震以及最近的国内外多次地震中，以村镇民居、学校、医院、办公楼建筑为代表的普通低、多层建筑破坏严重，成为造成地震灾难的主要原因；对这些房屋进行隔震，是提高其抗震安全性、降低地震灾害的最直接有效的途径之一；但由于这些房屋自身造价较低，使用不起已有的昂贵的隔震技术；因此，发明能应用于普通房屋建筑的廉价的隔震方法非常必要。

随着汽车在我国的普及，废旧轮胎越来越多，给环境带来巨大压力，如何有益地利用废旧轮胎，已成为世界范围内一项严峻而又亟待破解的课题。

将废旧橡胶轮胎经机械破碎后得到的碎块颗粒与天然砂按照一定比例配合，组成的人工填料，简称橡胶砂（RSM，Rubber Sand Mixture），并将这种混合填料作为土木工程中的建筑材料，是废旧轮胎有益再利用的途径之一。

已有研究表明：由于橡胶颗粒的高弹性、低模量特性，橡胶砂具有模量低、弹性好、能耗高的特点，从而可能作为一种减震耗能材料。

橡胶砂用于隔震，所使用的材料为废旧轮胎和天然砂粒，消耗废品，取材容易，是一种廉价、环保的隔震方法。

单纯的橡胶砂宏观上属于各向同性材料，也就是在水平方向具有较小的剪切模量的同时，竖向的压缩模量也比较小，存在引起上部结构产生过大静力沉降和在地震中整体倾覆的隐患，隔震应用受到限制。

基底隔震元件的基本要求为：隔震层应该同时具有水平刚度小、竖向刚度大、具有回复能力。

要更好地实现橡胶砂垫层隔震，必须发明新的措施，在保持橡胶砂垫层水平刚度较小的同时，大幅提高垫层的竖向模量和竖向承载能力；这是实现橡胶砂垫层隔震应用推广的最关键的问题。

发明内容

本发明提出一种蘑菇形刚性短桩-橡胶砂复合隔震垫层，其基本形式如图1和图2所示：对于地基承载力较高或有地基垫层的情况，刚性短桩采用工型蘑菇桩，即上下两端均为球冠状，如图1所示；对于地基承载力较低或无地基垫层的情况，刚性短桩采用T型蘑菇桩，上端为球冠状，下端为带圆角的桩端支承在刚性扩大的桩础上，如图2所示。

蘑菇形刚性短桩-橡胶砂复合隔震垫层的主要构造：垫层为具有一定厚度的铺设于地基（1）和结构基础（4）之间的层状结构物，其由竖向布置的蘑菇形刚性短桩（2）和橡胶砂（3）组合而成。

所示橡胶砂（3）由废旧橡胶颗粒和天然砂按照一定比例混合得到，是一种混合散体材料。

所述蘑菇形刚性短桩（2）分为两种类型，一种是工形蘑菇桩，一种是T形蘑菇桩。

工形蘑菇桩由上下两端的桩冠（5）和连接桩冠的桩身组成，其几何特性参数有：桩冠的球面半径R、桩冠的投影直径D、桩身的直径d、短桩的总长度L，如图3所示。