一种隔微振基础的制作方法

[0001]
本发明具体涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种隔微振基础。


背景技术：

[0002]
于建筑而言，主体结构基础作为大地直接接触的部分，直接受到从大地传来的振动。当前的建筑设计，对削弱地震影响的研究较为丰富，但如何削弱建筑附近汽车高速行驶、高速铁路行驶以及大型机器运作等产生的微振影响，这一方面的研究资料相对缺乏。目前，微振已经一定程度上阻碍了高精尖科学领域的发展，微振对建筑物的影响越来越受重视，当前在精密工程技术研究的装调、测试和实验中，振动干扰是影响研究效果的重点问题之一，仅仅依靠设备的基础隔振平台所起到的隔振效果有限。故需要提出新的隔微振基础，以削弱微振对建筑物的影响。


技术实现要素：

[0003]
本发明提供了一种隔微振基础，通过改变建筑的主体结构基础与大地的接触方式，削弱建筑周围环境产生的微振对建筑物的影响。
[0004]
本发明的技术方案如下：
[0005]
一种隔微振基础，包括设于主体结构基础下方的基础桩，还包括所述主体结构基础下方与大地之间的地基填充层以及分布于所述主体结构基础周侧的管沟，所述管沟由所述主体结构基础的侧壁和挡土墙构成，且所述主体结构基础的侧壁与所述挡土墙之间通过阻尼耗能杆件连接。
[0006]
本发明中建筑物的主体结构基础通过下方与大地之间填充地基填充层和周侧设置管沟来消除大地微振对建筑物的影响，所述管沟内还设置阻尼耗能杆件，该阻尼耗能杆件的核心部件为高阻尼的粘弹性材料，具有一定的刚度和粘滞阻尼，支撑于管沟的两侧壁上，即可以防止挡土墙倾覆，同时也可以吸收振动能量，提高隔振效果。
[0007]
为进一步增强隔振效果，所述基础桩顶部设置有与所述主体结构基础连接的隔振支座，通过隔振支座削弱大地振动对主体结构的影响。
[0008]
本发明所述基础桩的上段埋设于所述地基填充层内，其余部分打入大地中。所述地基填充层包括自下而上的级配砂石层、c20混凝土垫层和散体材料层，散体材料层可以碎石、砂和渣土组成。地基填充层可以根据隔振要求，合理选择各层的厚度及填充料，可以是三层或更多层，地基填充层与主体结构基础的下方可以接触也可以不接触。
[0009]
本发明的所述挡土墙筑建于所述基础桩上，且所述主体结构基础的侧壁下部与所述挡土墙之间设填充层，可以进一步提升隔振效果。
[0010]
本发明的所述阻尼耗能杆件的两端分别铰接固定在所述主体结构基础的侧壁或挡土墙上。采用铰接的目的是释放管沟两个侧壁之间的相对位移。
[0011]
本发明的所述阻尼耗能杆件的长度方向与水平面平行。
[0012]
所述管沟内均匀分布有多个阻尼耗能杆件。
[0013]
作为一种优选的分布方式：所述管沟内沿垂直方向分布有多排所述阻尼耗能杆件，每排阻尼耗能杆件沿直线排成一排。
[0014]
本发明的所述挡土墙设有突出墙壁表面伸向管沟内的悬臂梁，悬臂梁可用于架设电缆或其他管线。
[0015]
本发明具有以下优点：
[0016]
本发明的管沟内设阻尼耗能杆件形成建筑物周侧的隔振沟，在达到隔振效果的同时可以有效防止挡土墙倾覆。经计算模拟，建筑构造、厚度相同的某一同种挡土墙，在管沟无任何支撑的情况下，挡土墙倾覆的概率为80％，那么在管沟内填充软性材料的情况下，挡土墙倾覆的概率可降至60％，而采用本发明的阻尼耗能杆件支撑，挡土墙倾覆的概率可以降低至20％。
[0017]
本发明管沟内阻尼耗能杆件组成的支撑体系，可以等效为一种特殊的填充材料，其等效密度等于杆件质量除以管沟体积，等效弹性模量可以通过改变阻尼耗能杆件的刚度来控制，杆件与管沟两侧的连接方式为铰接，可以释放管沟两个侧壁之间的相对位移，杆件可以视为二力杆，二力杆无剪力，所以剪切模量为零，阻尼耗能杆件支撑体系可以等效成为一种各种异性且等效剪切模量为零的填充材料，杆件与管沟两侧的连接方式为铰接，提高了隔振效果。
[0018]
本发明利用管沟、地基填充层全方位隔绝建筑主体与大地的接触，改变了传统建筑与大地的接触方式，主体结构基础与基础桩之间设置有隔振支座，可以有效削弱从大地周边环境传至建筑物的微振。
附图说明
[0019]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0020]
图1为本发明一种隔微振基础的立面剖视图；
[0021]
图2为本发明管沟的结构原理图；
[0022]
图3为本发明采用的一种管沟的立面剖视图，该图中阻尼耗能杆件为单排分布；
[0023]
图4为本发明采用的另一种管沟的立面剖视图，该图中阻尼耗能杆件呈梅花桩型排列分布；
[0024]
图5为设置单排阻尼耗能杆件情况下，模拟其隔振效果得出的振幅衰减系数的变化图；
[0025]
图6和图7为模拟不同刚度的阻尼耗能杆件的隔振效果得出的振幅衰减系数的变化图；
[0026]
图8至图11为模拟不同阻尼的阻尼耗能杆件的隔振效果得出的振幅衰减系数的变化图；
[0027]
图12和图13为综合模拟阻尼耗能杆件的刚度、阻尼对隔振效果的影响，得出的振幅衰减系数的变化图。
[0028]
附图标记说明：
[0029]
1、主体结构基础；2、地基填充层；21、第一填充层；22、第二填充层；23、第三填充层；3、隔振支座；4、管沟；5、基础桩；6、阻尼耗能杆件；8、挡土墙；10、悬臂梁。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0031]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“周侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
[0032]
如图1至图4所示的一种隔微振基础，包括设于主体结构基础1下方的基础桩5、主体结构基础1下方与大地之间的地基填充层2以及分布于主体结构基础1周侧的管沟4，管沟4由主体结构基础1的侧壁和挡土墙7构成，且主体结构基础1的侧壁与挡土墙6之间通过阻尼耗能杆件6连接。
[0033]
作为优选实施例：
[0034]
基础桩5顶部设置有与主体结构基础1连接的隔振支座3，隔振支座3削弱大地振动对主体结构的影响。
[0035]
基础桩5的上段埋设于地基填充层2内，其余部分打入大地中。地基填充层2包括自下而上填充级配砂石形成的第一填充层21、填充c20混凝土形成第二填充层22作垫层、填充散体材料形成的第三填充层23，其中散体材料可以是碎石、砂和渣土。
[0036]
地基填充层2可以根据隔振要求，合理选择各层的厚度及填充料，可以是三层或更多层，地基填充层与主体结构基础的下方可以接触也可以不接触。
[0037]
挡土墙7同样筑建于基础桩5上，且主体结构基础1的侧壁底部与挡土墙7之间设填充层，可以进一步提升隔振效果，挡土墙7还设有突出墙壁表面伸向管沟4内的悬臂梁8，悬臂梁8可用于架设电缆或其他管线。
[0038]
阻尼耗能杆件6的两端分别铰接固定在主体结构基础1的侧壁或挡土墙7上。阻尼耗能杆件6的长度方向与水平面平行。
[0039]
管沟4内均匀分布有多个阻尼耗能杆件6。
[0040]
作为一种优选的分布方式：
[0041]
如图3所示，管沟4内沿垂直方向分布有多排所述阻尼耗能杆件6，每排阻尼耗能杆件6沿直线排成一排。
[0042]
图4所示为另一种阻尼耗能杆件的分布形式，呈梅花桩型排列分布。
[0043]
本发明隔微振基础的施工方法如下：
[0044]
1、基础桩5做好后，去除基础桩5上段一定深度泥土。
[0045]
2、在基础桩5顶安装隔振支座3。
[0046]
3、去除泥土后的基础桩5上段依次填充第一填充层21、第二填充层22和第三填充层23至地基填充层与隔振支座3顶水平。
[0047]
4、主体结构基础1四周预留出管沟4所需空间，开始建设主体结构基础1。
[0048]
5、主体结构基础1建设完毕后，在主体结构基础1与挡土墙7之间设置高阻尼耗能
杆件6。
[0049]
6、当建筑高于地面后，设置防水措施，避免水渗入地基填充层2。
[0050]
本发明采用阻尼耗能杆件6的管沟4隔振效果与现有技术的对比说明如下：
[0051]
对比管沟内采用阻尼耗能杆件支撑与材料填充的隔振效果
[0052]
使用有限元软件abaqus进行有限元分析，采用控制变量法，分别模拟空沟、填充混凝土、填充橡胶、填充沙子、填充泡沫的隔振效果，得出振幅衰减系数a
rf
，结果如表1所示。
[0053]
表1
[0054] 空沟混凝土橡胶沙子泡沫水平0.400.970.581.001.03竖向0.201.020.470.980.81
[0055]
使用有限元软件abaqus进行有限元分析，如图3中设置单排阻尼耗能杆件情况下，采用控制变量法，分别模拟高阻尼耗能杆件距离地面不同深度的隔振效果，得出振幅衰减系数a
rf
，结果如图5所示，
[0056]
通过图5可得出以下结论：
[0057]
①
在阻尼耗能杆件的布置深度小于3米时，随着深度的增加，水平振动的隔振效果变好，竖向振动的隔振效果变差。
[0058]
②
在阻尼耗能杆件的布置深度大于3米且小于7米时，随着深度的增加，水平振动的隔振效果变差，竖向振动的隔振效果变好。
[0059]
③
在阻尼耗能杆件的布置深度大于7米时，随着深度的增加，水平和竖向振动的隔振效果均变好，但其变化趋势不明显。
[0060]
④
在阻尼耗能杆件的布置深度在2～4米时，水平振动的隔振效果好于空沟，其余深度均差于空沟；在杆件的布置深度大于5米时，竖向振动的隔振效果好于空沟，其余深度均差于空沟。
[0061]
根据模拟结果，若采用高阻尼耗能杆件单排布置，其水平向振幅衰减系数均低于0.55，其竖向振幅衰减系数均低于0.30，隔振效果较好。而根据表1的结果，若采用混凝土、沙子和泡沫，其水平向振幅衰减系数均高于0.55，其竖向振幅衰减系数均高于0.45，不能获得较好的隔振效果，虽然采用橡胶的振幅衰减系数比其余三种材料小，但依然不如采用高阻尼耗能杆件的隔振效果好。
[0062]
阻尼耗能杆件的刚度对隔振效果的影响
[0063]
使用有限元软件abaqus进行有限元分析，隔振沟深度为10米、宽度为0.5米，取阻尼耗能杆件的刚度为0～200kn/mm和0～1000kn/mm，暂不考虑其阻尼，采用控制变量法，分别模拟不同刚度的阻尼耗能杆件的隔振效果，得出振幅衰减系数a
rf
，结果如图6和图7所示。
[0064]
根据图6和图7可得出以下结论：
[0065]
①
增大阻尼耗能杆件的刚度，竖向和水平的隔振效果均变差，且水平隔振效果的变化趋势不明显。
[0066]
②
阻尼耗能杆件的刚度在0～200kn/mm时，增大其刚度，竖向隔振效果明显变差，刚度对隔振效果的影响较为明显。
[0067]
③
高阻尼耗能杆件的刚度在200～1000kn/mm时，增大其刚度对竖向隔振效果的影响变弱，隔振效果虽有略微变差但趋势不明显。
[0068]
④
无论是竖向还是水平向，在增加高阻尼耗能杆件的刚度后其隔振效果均比空沟差。
[0069]
阻尼耗能杆件的阻尼对隔振效果的影响
[0070]
使用有限元软件abaqus进行有限元分析，隔振沟深度为10米、宽度为0.5米，取阻尼耗能杆件的阻尼分别为0～0.2kn/(mm/s)，0～1kn/(mm/s)，0～5kn/(mm/s)，0～20kn/(mm/s)，暂不考虑其刚度，采用控制变量法，分别模拟不同阻尼的高阻尼耗能杆件的隔振效果，得出振幅衰减系数，结果如图8～11所示。
[0071]
根据图8～11可得出以下结论：
[0072]
①
对于水平向的振动，阻尼在0～1kn/(mm/s)时，随着阻尼的增大，隔振效果变好。阻尼在大于1kn/(mm/s)时，随着阻尼的增大，隔振效果变差，且隔振效果的变化趋势随着阻尼的增大变得越不明显。
[0073]
②
对于水平向的振动，当阻尼小于15kn/(mm/s)时，隔振效果比空沟好，大于15kn/(mm/s)时则比空沟差。
[0074]
③
对于竖向振动，阻尼在0～0.12kn/(mm/s)时，随着阻尼增大，隔振效果变好。阻尼在大于0.12kn/(mm/s)时，随着阻尼的增大，隔振效果变差，且隔振效果的变化趋势随着阻尼的增大变得越不明显。
[0075]
④
对于竖向的振动，当阻尼小于0.4kn/(mm/s)时，隔振效果比空沟好，大于0.4kn/(mm/s)时则比空沟差。
[0076]
综合阻尼耗能杆件的刚度和阻尼对隔振效果的影响
[0077]
使用有限元软件abaqus进行有限元分析，隔振沟深度为10米、宽度为0.5米，取阻尼耗能杆件的刚度为0～200kn/mm阻尼为0～1kn/(mm/s)和刚度为0～1000kn/mm阻尼为0～5kn/(mm/s)，分别模拟不同刚度/阻尼的阻尼耗能杆件的隔振效果，得出振幅衰减系数，结果如图12和图13所示。
[0078]
通过图12和图13可得出以下结论：
[0079]
①
对于水平向的振动，在刚度和阻尼分别小于80kn/mm和0.4kn/(mm/s)时，随着刚度和阻尼的增大，隔振效果略微变好，在刚度和阻尼分别大于80kn/mm和0.4kn/(mm/s)时，随着刚度和阻尼的增大，隔振效果略微变差。
[0080]
②
对于水平振动，刚度和阻尼的改变对隔振效果的影响不明显，振幅衰减系数在0.4左右，与空沟差不多。
[0081]
③
对于竖向振动，随着刚度和阻尼的增大，隔振效果明显变差，但曲线越趋平稳，最终稳定在0.4左右。
[0082]
④
对于竖向振动，在设置阻尼耗能杆件后隔振效果均比空沟差。
[0083]
综上对比分析结果：通过改变阻尼耗能杆件的刚度或阻尼以及分布位置，管沟可以实现不同的隔振效果，选择合理的刚度和阻尼，隔振效果可以优于空沟，明显优于各类填充沟。同时本发明管沟内设置的阻尼耗能杆件，可以降低挡土墙倾覆的概率。
[0084]
本发明利用管沟、地基填充层全方位隔绝建筑主体与大地的接触，主体结构基础与基础桩之间设置有隔振支座，可以有效削弱大地微振对建筑结构的影响。
[0085]
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此。凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本
发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。