一种基于万向球的隔震方法及系统与流程

本发明涉及隔震技术领域，特别涉及一种基于万向球的隔震方法及系统。

背景技术：

我国是一个地震多发的国家，地震灾害带来了大量的人员伤亡和巨大的经济损失。我国农村人口众多，农民的抗震意识薄弱，受限于经济条件差，农村地区建造的房屋抗震能力比较差。在地震发生时，农村地区往往遭受更为严重的经济损失和人员伤亡。目前国内工程界大多专注于高层、大跨等城市重要结构的抗震研究，对于量大面广的农居建筑却没有特别注意，而事实上，地震中损失最惨重的正是这些地区。据震害调查表明，财产重大损失和人员伤亡的主要原因是由于剧烈地面运动导致大量的房屋破坏倒塌所造成的，破坏量最大的正是村镇各类砖、土、石、木等低矮建筑。地震造成的死亡人员近60％为村镇人口，而且直接经济损失的85％-97％来自房屋破坏。因此，研究适合农居工程建设的减隔震技术意义重大。

采取适当的预防措施可以明显地减少地震灾害对房屋造成的倒塌和人员伤亡。目前，应用较多的隔震体系为叠层橡胶垫隔震体系。虽然这种隔震体系技术已比较成熟，且在实际工程中已有应用，但由于其造价高昂，主要应用于重要建筑和大型桥梁，在经济水平较低的农村地区应用很少。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于万向球的隔震方法及系统，以解决现有技术中农村地区没有隔震技术的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于万向球的隔震方法，包括以下步骤：

步骤1、挖设基坑，所述基坑的尺寸大于地基梁的尺寸；

步骤2、将万向球固定在螺栓上，所述螺栓底部配备有螺母；

步骤3、在基坑中设置底座模板；

步骤4、将固定有万向球的螺栓均匀的布置在所述模板内，调节所述万向球的高度使所述万向球位于同一水平面；

步骤5、向所述模板内浇注混凝土形成底座，且所述混凝土的高度低于万向球顶面的高度；

步骤6、待底座的混凝土凝固后，在所述万向球顶面设置与底座尺寸相同的钢板；

步骤7、在所述钢板上设置地基梁。

可选的：所述调节所述万向球的高度使所述万向球位于同一水平面具体包括：

旋转螺栓底部的螺母，使所述万向球位于同一水平面。

可选的：所述底座的平面尺寸与地基梁的尺寸相同。

可选的：还包括：

步骤8、在地基梁与底座侧面设置土工布，并在所述土工布与基坑之间回填土。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于万向球的隔震系统，包括底座，所述底座与地基梁之间设置有钢板，所述钢板顶部与地基梁底部固定；

所述底座包括万向球、螺栓和混凝土主体，所述万向球底部固定在所述螺栓，所述螺栓均匀的布置在所述混凝土主体内，所述万向球顶部高于所述混凝土主体顶部。

可选的：所述万向球位于同一水平面。

可选的：所述螺栓底部设置有螺母，旋转所述螺母用于使所述万向球位于同一水平面。

可选的：所述混凝土主体的高度不小于200mm。

可选的：所述地基梁与所述底座侧面还设置土工布，所述土工布用于防止回填土进入所述地基梁与所述底座之间的缝隙。

可选的：所述底座的平面尺寸、所述钢板的平面尺寸与地基梁的平面尺寸相同。

采用上述技术方案，由于在地基梁底部设置有底座，当有地震发生的时候，底座可以将地震的作用力分散，以减少底座的受力，具有很好的减震效果，中震时可以隔震36％左右，大震时可以隔震50％左右；另外，本方法对农村民居建设原有施工过程及工艺改变很小，只是在原施工过程中增加隔震底座，施工方法简单，技术要求低。

附图说明

图1为本发明实施例1基于万向球的隔震方法的方法流程图；

图2为本发明实施例1基于万向球的隔震方法中底座的俯视图；

图3为本发明实施例2基于万向球的隔震系统的结构示意图；

图4为本发明实施例2基于万向球的隔震系统中底座的结构示意图；

图5为本发明实施例2基于万向球的隔震系统中土工布的结构示意图；

图6为本发明实施例3隔震试验台的剖视图。

图中，1-底座，2-万向球，3-钢板，4-地基梁，5-螺栓，6-螺母，7-土工布，8-地震模拟振动台，9-剪切土箱，10-黏土层，11-砂土层，12-隔震系统，13-地基梁，14-结构模型，a2～a10-传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

一种基于万向球的隔震方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、挖设基坑，所述基坑的尺寸大于地基梁4梁的尺寸；

步骤2、将万向球2固定在螺栓5上，所述螺栓5底部配备有螺母6；

步骤3、在基坑中设置底座1模板；

步骤4、将固定有万向球2的螺栓5均匀的布置在所述模板内，调节所述万向球2的高度使所述万向球2位于同一水平面；

步骤5、向所述模板内浇注混凝土形成底座1，且所述混凝土的高度低于万向球2顶面的高度；

步骤6、待底座1的混凝土凝固后，在所述万向球2顶面设置与底座1尺寸相同的钢板3；

步骤7、在所述钢板3上设置地基梁4；

步骤8、在地基梁4与底座1侧面设置土工布7，并在所述土工布7与基坑之间回填土。

在本发明的实施例中，以开设的基坑为“日”字形基坑为例进行说明，基坑包括两条橫边和三条竖边，基坑的长度为7200mm，宽度为5600mm。

然后在基坑中设置底座1，底座1的结构与基坑的结构相似，如图2所示，具体是这样设置的：

在基坑中设置底座1模板，方便浇注混凝土形成底座1，其中，底座1中设置有万向球2，该万向球2单个容许荷载应为1.2t/个，万向球2数量根据基座的重量与安全系数决定，在本发明的实施例中，其中橫边上均匀的布置有20个万向球2，竖边上均匀的布置有13个万向球2。

为了保证底座1的平面尺寸与底座1的平面尺寸相同，在本发明的实施例中，底座1模板的内部平面尺寸需与地基梁4的尺寸相同。

由于地面不一定是水平的，所以直接设置万向球2的话可能导致万向球2不在同一水平面上，因此在本发明的实施例中，在万向球2底部设置有用于调节万向球2高度的螺栓5：螺栓5的顶部与万向球2底部焊接在一起，螺栓5的底部配置有螺母6，为了有效调节万向球2的高度，螺母6的高度应不小于30mm，在本发明的实施例中，螺母6的高度为30mm。

万向球2的高度具体是这样调节的：将顶部焊接有万向球2的螺栓5均匀的布置在底座1模板内，通过水平尺找准万向球2的高度，然后调节螺栓5底部的螺母6，改变螺栓5的高度：例如在本发明的实施例中，由于螺母6的高度为30mm，使得螺栓5的总体高度有30mm的调节范围，当万向球2过高的话，拧紧螺母6，万向球2过低的话，拧松螺母6。最终使得万向球2位于同一水平面。

调节好万向球2的高度后，向底座1模板内浇注混凝土形成底座1，在本发明的实施例中，混凝土浇注的高度为200mm，使用的混凝土标号为c50。

另外，底座1的高度应低于万向球2顶面的高度，防止底座1过高影响万向球2的正常功能。

当底座1的混凝土凝固后，在万向球2顶面设置与底座1平面尺寸相同的厚钢板3，该厚钢板3用于防止由于应力集中而造成的地基梁4梁混凝土破裂。

在本发明的实施例中，厚钢板3的厚度为1mm。

然后在钢板3上按照通常的工序设置地基梁4，由于该步骤为现有技术中常见的施工方式，因此再此不做过多赘述。

当地基梁4固结完成后，需要在基坑与底座1之间回填土，为了防止回填土进入地基梁4和底座1间的缝隙，在本发明的实施例中，在地基梁4与底座1侧面还设置土工布7，土工布7可以是钉在基坑与底座1侧面，然后在土工布7与基坑之间填入回填土。

当地震发生时，由于设置有底座1，底座1上设置有万向球2，地震引发的作用力先作用在万向球2上，每个万向球2自由旋转减少地震的作用力，而在底座1上的基座则基本上不会受到地震作用力的影响，因此地基梁4基本不会发生位移，以此达到隔震减震的效果。

实施例2

一种基于万向球的隔震系统，如图3所示，包括底座1，底座1与地基梁4之间设置有钢板3，钢板3顶部与地基梁4底部固定；

底座1包括万向球2、螺栓5和混凝土主体，如图4所示，万向球2底部固定在螺栓5，螺栓5均匀的布置在混凝土主体内，万向球2顶部高于混凝土主体顶部。

在本发明的实施例中，底座1的结构需要根据房屋的结构设置，在本发明的实施例中，底座1包括两条橫边和两条竖边组成的框架，在框架内中间位置还有一条竖边，即底座1为横向布置的“日”字形状。

另外，底座1的平面尺寸(宽度)根据地基梁4的平面尺寸决定，在本发明的实施例中，

万向球2与螺栓5的结构是这样的：万向球2的底部焊接在螺栓5的顶部，螺栓5的底部还设置有螺母6，螺母6的作用在于通过调节螺母6的高度以调节万向球2的高度以使所有的万向球2位于同一水平面，因此，螺母6的高度最好不小于30mm，在本发明的实施例中，螺母6的高度为30mm。

当通过水平尺找准万向球2顶部的统一高度时，对于位置过低的万向球2，通过拧松螺母6可以提高万向球2的高度，对于位置过高的万向球2，通过拧紧螺母6可以降低万向球2的高度。

底座1的高度关系到其承载强度，因此底座1的高度应不小于200mm，在本发明的实施例中，底座1的高度为200mm。

万向球2顶面设置有与底座1平面尺寸相同的厚钢板3，在本发明的实施例中，厚钢板3的厚度为1mm，且厚钢板3的上侧是与地基梁4固定的，该厚钢板3用于防止由于应力集中而造成的地基梁4梁混凝土破裂。

当浇注好地基梁4后，需要在基坑与地基梁4和底座1之间填埋回填土，为了防止回填土进入地基梁4与底座1之间的缝隙影响万向球2的旋转运动，在本发明的实施例中，在地基梁4与底座1侧面还设置土工布7，如图5所示，土工布7用于遮挡住地基梁4与底座1之间的缝隙防止回填土进入到缝隙中。

实施例3

为了验证发明的隔震方法及系统的隔震效果，在本发明的实施例中提供了一种隔震试验台，如图3所示。

本发明的隔震试验台包括地震模拟振动台8、试验模型剪切土箱9、隔震系统12和结构模型14。

地震模拟振动台8是一个包括振动台台面及基础、油源及油压分配系统、加振器、数字信号输出系统、振动参数控制系统、数据采集和数据处理系统组成的一个完整体系。

在本发明的实施例中，地震模拟振动台8使用的是中国地震局工程力学研究所地震模拟试验室装备的双台地震模拟振动台8阵系统，其主要技术参数如下表：

试验模型剪切土箱9内设置有隔震系统12，其固定在地震模拟振动台8上，在本发明的实施例中，模型箱主体尺寸为3.70m×2.40m×1.70m，底座尺寸为4.18m×2.82m×0.12m，模型土箱9采用15层口字形钢管框架叠合而成，每层钢框架由四根口字形钢管焊接，口字形钢管截面尺寸为100mm×100mm，壁厚3mm。除最上一层框架外，其余框架间两侧分别焊接两片200mm×80mm×10mm不锈钢垫板。在钢垫板上沿水平振动方向设置v形凹槽，凹槽内放置钢滚珠若干，形成可以自由滑动的支承点。在垂直振动方向的两个侧面，分别贴铁皮并用螺母将其固定于两侧，模型箱纵向两侧分别焊接两根圆形钢立柱，立柱上安装轴承，轴承外径与土箱9外侧接触，钢管立柱与箱底座通过焊接相连，采用两根钢管连接纵向两侧立柱并形成稳定框架，该框架有利于限制土箱9垂直及平面扭转运动。模型箱内壁贴厚度为2mm的橡胶膜以防止土箱9内的土和水的漏出，模型箱与振动台面之间用螺栓固定。在试验进行前，在模型箱内部橡胶膜表面涂石腊，以减小在箱壁与土体的接触面上的摩擦阻力。在模型箱内部底面粘接一层碎石，用以增大接触面上的摩擦阻力，以免激振时土体与底板发生相对滑移。

在振动台的移动台台面上确定好剪切土箱9的安装位置，将剪切土箱9吊到安装位置后固定剪切土箱9。

然后在剪切土箱9内先制作黏土层10，以模拟实际生活中的土层：将黏土均匀铺设在土箱9中，达到0.2m后，用木板将表面扫平，夯实；埋设传感器a2，a3并标号，回填覆土，橡胶锤夯实；用耙子耙出一层毛刺，继续装下一层土，直到达到1m深度，即将黏土几乎填满剪切土箱9；再次埋设传感器a8和a9和并标号，回填覆土，橡胶锤夯实。

设置隔震系统12：按照沟槽设计图，测量出位置，用用铲子开挖深度0.4m的沟槽，用木板扫平；在沟槽中填撒砂土，达到0.6m高度后，用木板将表面扫平，夯实2次；安装埋设传感器a4和a5并标号，回填覆土，橡胶锤夯实；在砂土层11上布置底部带有隔震系统12的地基梁13；回填砂土，使砂土均匀铺设与隔震沟槽中，达到0.2m后，用木板将表面扫平，夯实；安装埋设传感器a6和a7并标号，回填覆土，橡胶锤夯实。

设置结构模型14：结构模型14即模拟的现实中的房屋主体，吊装结构模型14到设计位置，使结构模型14刚好接触到万向球顶点，结构模型14重量仍然由吊车承受；调整结构基础与带万向球地梁的位置；铺设好挡土布，在结构模型14顶部安装传感器a10。

回填隔震沟：用耙子耙出一层毛刺；回填粘土，使粘土均匀铺设于隔震沟槽中，达到0.4m后，用木板将表面扫平，夯实。

将各个传感器连接相应的信号采集器端口，进行试验加载：本次试验拟采用一种波作为振动台的输入波，在开始激振前用0.02g幅值的阶跃波预振，使土体模型密实，其后每次改变加速度输入峰值时亦均输入阶跃波扫描，以观测体系模型动力特性的改变情况。每一工况之间的地震波输入的间隔时间根据现场情况而定，预计间隔时间为10分钟。

依据相似比压缩相应的持时，根据抗震设防烈度，从小到大依次输入7度、8度、9度等对应幅值调整后的加速度，输入方向考虑一个水平向。

通过上述试验，可以得到以下结论：中震时可以隔震36％左右，大震时可以隔震50％左右。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。