[发明专利]减隔震系统及方法

说明书

本发明公开了一种减隔震系统及方法，该减隔震系统包括抽注液装置和设于地基上的容腔，所述容腔中填筑有卵石层，所述容腔中保持有液体，所述抽注液装置用于向所述容腔中注液或者抽液，所述卵石层用于作为建筑结构的地基。该减震系统，能够通过向容腔中卵石层抽注液体改变卵石层的质量，实现卵石层惯性力大小的调整和自振频率的调节，改变卵石层惯性同时基本不改变卵石层的承载性能，使卵石颗粒与颗粒间液体相互作用，通过卵石层运动发挥谐振作用和液体晃动摩擦消能，减少建筑结构震动响应，大幅提高了系统的减震耗能效率，有效减轻地震灾害；该减隔震系统具有开创性的工程意义和实用价值。

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，特别是涉及一种减隔震系统及方法。

背景技术

随着城市建设的扩张，应对复杂地质工程环境的需求愈加紧迫，在复杂地基条件场地修建的上部建筑结构面临抗震性能不足的问题，如何提高地震激励下上部建筑结构的抗震性能越来越重要。因此，通过改良复杂地基的工程特性，使地基整体刚度和阻尼处于有利状态，从而实现消能减震效果成为了一种经济有效的手段，通过改良天然地层工程特性而实现上部建筑结构抗震及消能减震的地基减隔震技术在工程中具有广阔前景。

对于地基减隔震技术而言，其从控制理论方面可分为减震控制和隔震控制，减震控制通过在上部建筑结构中附设消能减震装置或调谐减震阻尼器装置实现上部建筑结构震动响应最小化；隔震控制通过在地基基础与上部建筑结构间增设隔震支座使结构免受震动影响。

常规地基减隔震技术对地基只在承载力方面作出要求，因此常见的地基处理方式均通过加固地基策略达到，将减隔震措施均通过改进上部建筑结构的方式实现，如针对高层结构地震控制问题，使用较多的手段是在楼顶设置调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器或在地基基础与上部建筑结构间设置粘滞阻尼器等，这类金属结构的阻尼器主要通过在结构中增设质量、阻尼、弹簧等三类基本力学元件来实现改变结构的动力特性、降低结构动力响应的目的；金属阻尼器存在材料造价成本高，金属阻尼器屈服点集中，减震能力有限等问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的常规地基减隔震技术对地基只在承载力方面作出要求，因此常见的地基处理方式均通过加固地基策略达到，将减隔震措施均通过改进上部建筑结构的方式实现，但是减隔震措施所采用的金属阻尼器存在材料造价成本高，金属阻尼器屈服点集中，减震能力有限的问题，提供一种地层减隔震系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种减隔震系统，包括抽注液装置和设于地基上的容腔，所述容腔中填筑有卵石层，所述容腔中保持有液体，所述抽注液装置用于向所述容腔中注液或者抽液，所述卵石层用于作为建筑结构的地基。

卵石在自然界中广泛存在，实际工程的施工过程中经常遇到卵石地层地质条件，卵石地层本身具有压实性能好，透水性强，抗剪强度高，地震荷载作用下不易液化等优良工程特性。对于天然卵石地层的研究，研究者多偏重于考察卵石地层承载能力或卵石地层加固施工方法，如何改良卵石地层工程特性，使卵石地层具有更好的减隔震性能的研究却尚未涉及，罕有研究。

根据布设于结构顶部的调谐液体阻尼器的经验，建筑结构在地震激励作用下的位移幅值随着阻尼器内部水量的增加而减小，导致楼层减震系统需布设过多调谐液体阻尼器，带来建造成本高，所占空间大等问题。

卵石地层通常含有一定水量，通过一个容器的容腔，在其中填筑卵石层及液体，来形成自然界中的卵石地层地质条件，将容腔及其内物质整体视为深水调频液体阻尼器，卵石层中液体晃动阻尼对震动控制效果的影响更为显著，因而改造容腔中卵石层水量实现地基减隔震效果具有可行性，但如何有效提高容腔中卵石层液体晃动阻尼仍是需要研究的问题。通过研究得知，调谐液体阻尼器中水体的晃动频率接近或稍小于建筑结构自振频率时，调谐液体阻尼器系统的减震控制效果最优。液体的晃动频率与液体密度呈正相关，且液体密度也与晃动阻尼呈正相关，因此，通过改变一定体积液体的密度可以得到所需液体晃动频率和阻尼。