大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动装置及方法与流程

1.本发明涉及抗震预警领域，具体涉及一种大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动装置及方法。


背景技术：

2.我国各大流域多位于地震多发区域，尤其是四川、西藏地区，而我国川藏地区水能资源丰富，流域密集地区人口密集，地震易诱发楼房倾覆、大坝垮塌，房屋倒塌及溃坝将对城市乡村、水库淹没区带来毁灭性破坏。
3.房屋建筑往往为钢筋混凝土建筑，具备一定的抗震效果，但是随着建筑高度的不断提高，快速识别地震前期微震，及时预警，为建筑内人员赢得更多的逃离时间意义重大；拦蓄建筑的泄洪洞、消能工、涡轮机组等结构与水坝相比更容易受到外力作用而发生破坏，在地震发生的第一时间快速预警，并制动各设备停止运行、保持闭合，与坝体形成整体抵御地震，能够更有效地降低地震对水利枢纽造成的影响。
4.大体积混凝土建筑物在地质条件、自然环境相对较差或抗震要求较高的地区应用广泛，大体积混凝土建筑物具有强度高、刚度大的优点，能够利用自身高强度、大自重特点更好的提高房屋、水利枢纽等建筑的稳定性，但是造价也更高，一旦发生垮塌，综合经济损失十分巨大，因此研究大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备十分必要。同时，大体积混凝土建筑物往往具有较宽敞的内部空间，为设备的布设提供的良好的空间，有效降低了设备布设难度，同时为预警、制动信号传输提供了条件。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动装置及方法，实现了对大体积混凝土建筑物的有效抗震预警，提高了抗震预警的精度。
6.本发明采取如下技术方案实现上述目的，大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动装置，包括承压面板1、红外预警制动模块、以及设置于承压面板1与红外预警制动模块之间的阻尼连接件；所述承压面板1用于承受外部传递的压力；所述阻尼连接件用于消纳承压面板1承受的外部压力，所述红外预警制动模块用于在受到震动挤压产生位移或形变时向外部发出地震预警制动信号。
7.进一步的是，所述红外预警制动模块包括精度控制器2、红外发射器3、以及预警制动器4，红外发射器3实时发射红外信号，红外信号经过精度控制器2到达预警制动器4，预警制动器4实时同步接收红外信号，若预警制动器4未同步接收到红外信号，则向外部发出地震预警制动信号。
8.进一步的是，所述精度控制器2的中部设置有孔洞8，所述精度控制器2通过调节中部孔洞8的尺寸来调节红外预警制动模块的控制精度。孔洞尺寸越小，红外信号可偏移角度越小，地面位移或形变允许范围越小，精度越高，孔洞尺寸越大，红外信号可偏移角度越大，地面位移或形变允许范围越大，精度越低。这样便可以根据不同地区、不同地质条件、不同
枢纽部位的抗震设防要求差异，动态设置抗震精度，提高大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备的普适性与灵活性。
9.进一步的是，所述阻尼连接件包括第一阻尼连接件5、第二阻尼连接件6、以及第三阻尼连接件7，第一阻尼连接件5设置在承压面板1与红外发射器3之间，第二阻尼连接件6设置在承压面板1与精度控制器2之间，第三阻尼连接件7设置在承压面板1与预警制动器4之间。第一阻尼连接件5、第二阻尼连接件6、以及第三阻尼连接件7能够大幅度降低承压板上表面各位置的荷载对制动装置的振动影响，进一步降低装置上的荷载突变对装置精度造成的影响，避免地震误判，从而提高红外预警制动装置对下部地震波的感知精度。
10.进一步的是，所述第一阻尼连接件5、第二阻尼连接件6、以及第三阻尼连接件7均采用双阻尼节点，节点对称分布。避免了因精度控制器2与红外发射器3在偏心荷载作用下位移较大造成地震误判的问题。
11.进一步的是，所述承压面板1采用高强度透明pvc材质，有效承受装置上部传递的压力、压强，起到保护设备、抗磨耐久的效果。透明pvc材质还可以实时查看装置连接及运行状态；上表面平整，可与地面形成统一整体平面，不影响大体积混凝土建筑物原有地面结构。
12.进一步的是，所述预警制动装置为扁条状结构。扁条状结构可以便于嵌入建筑物洞室、房屋楼(地)面内，不影响活动空间使用与其他构筑物、设备设施布设。
13.大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动方法，包括：
14.步骤1、红外发射器实时发射红外信号，红外信号经过精度控制器到达预警制动器，预警制动器实时同步接收红外信号；
15.步骤2、红外预警制动模块实时对预警制动器实时同步接收红外信号进行监测，若预警制动器未同步接收到红外信号，则向外部发出地震预警制动信号。
16.进一步的是，步骤2中，还包括通过精度控制器控制地震预警制动信号的精度；控制方法为：通过调节精度控制器中部孔洞尺寸来调节红外预警制动装置的控制精度，孔洞尺寸越小，红外信号可偏移角度越小，地面位移或形变允许范围越小，精度越高；孔洞尺寸越大，红外信号可偏移角度越大，地面位移或形变允许范围越大，精度越低。
17.本发明大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动装置，当红外预警制动模块受到震动、挤压产生位移或形变时将触发红外发射器发出红外信号，若此时预警制动器同步接收到红外信号，则不向外部发出地震预警、制动信号，若此时预警制动器未同步接收到红外信号，则说明地面位移或形变超过允许范围，向外部发出地震预警、制动信号，人员撤离到安全位置、设备机组停止运行，进入抗震预警状态。实现了对大体积混凝土建筑物的有效抗震预警，极大地提高了抗震预警的精度。
附图说明
18.图1是本发明整体结构图；
19.图2是本发明正视图；
20.图3是本发明俯视图；
21.图4是本发明建筑物剖面应力包络图。
22.附图中，1为承压面板，2为精度控制器，3为红外发射器，4为预警制动器，5为第一
阻尼连接件，6为第二阻尼连接件，7为第三阻尼连接件，8为精度控制器的孔洞，9为建筑外墙，10为混凝土坝阻尼抗震制动装置，100为地面结构层。
具体实施方式
23.下面结合附图1-4对本发明进行进一步的说明。
24.本发明大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动装置，如图1，包括承压面板1、红外预警制动模块、以及设置于承压面板1与红外预警制动模块之间的阻尼连接件；所述承压面板1用于承受外部传递的压力；所述阻尼连接件用于消纳承压面板1承受的外部压力，所述红外预警制动模块用于在受到震动挤压产生位移或形变时将向外部发出地震预警制动信号。
25.承压面板1，采用高强度透明pvc材质，有效承受装置上部传递的压力、压强，起到保护设备、抗磨耐久的效果；其采用透明pvc材质可以实时查看装置连接及运行状态，便于后期维护；其上表面平整，可与地面形成统一整体平面，不影响大体积混凝土建筑物洞室、房屋楼(地)面结构。
26.红外预警制动模块包括精度控制器2、红外发射器3、以及预警制动器4，红外发射器3实时发射红外信号，红外信号经过精度控制器2到达预警制动器4，预警制动器4实时同步接收红外信号，若预警制动器4未同步接收到红外信号，表示红外预警制动模块受到震动挤压产生了位移或形变，则向外部发出地震预警制动信号。
27.精度控制器2的中部设置有孔洞8，精度控制器2通过调节中部孔洞8的尺寸来调节红外预警制动模块的控制精度。孔洞尺寸越小，红外信号可偏移角度越小，地面位移或形变允许范围越小，精度越高，孔洞尺寸越大，红外信号可偏移角度越大，地面位移或形变允许范围越大，精度越低。这样便可以根据不同地区、不同地质条件、不同枢纽部位的抗震设防要求差异，动态设置抗震精度，提高大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备的普适性与灵活性。
28.阻尼连接件包括第一阻尼连接件5、第二阻尼连接件6、以及第三阻尼连接件7，第一阻尼连接件5设置在承压面板1与红外发射器3之间，第二阻尼连接件6设置在承压面板1与精度控制器2之间，第三阻尼连接件7设置在承压面板1与预警制动器4之间。第一阻尼连接件5、第二阻尼连接件6、以及第三阻尼连接件7能够大幅度降低承压板上表面各位置的荷载对制动装置的振动影响，进一步降低装置上的荷载突变对装置精度造成的影响，避免地震误判，从而提高红外预警制动装置对下部地震波的感知精度。
29.第一阻尼连接件5、第二阻尼连接件6、以及第三阻尼连接件7均采用双阻尼节点，节点对称分布。避免了因精度控制器2与红外发射器3在偏心荷载作用下位移较大造成地震误判的问题。
30.预警制动装置为扁条状结构。扁条状结构可以便于嵌入建筑物洞室、房屋楼(地)面内，不影响活动空间使用与其他构筑物、设备设施布设。
31.大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动方法，包括：
32.步骤1、红外发射器实时发射红外信号，红外信号经过精度控制器到达预警制动器，预警制动器实时同步接收红外信号；
33.步骤2、红外预警制动模块实时对预警制动器实时同步接收红外信号进行监测，若
预警制动器未同步接收到红外信号，则向外部发出地震预警制动信号。
34.步骤2中，还包括通过精度控制器控制地震预警制动信号的精度；控制方法为：通过调节精度控制器中部孔洞尺寸来调节红外预警制动装置的控制精度，孔洞尺寸越小，红外信号可偏移角度越小，地面位移或形变允许范围越小，精度越高；孔洞尺寸越大，红外信号可偏移角度越大，地面位移或形变允许范围越大，精度越低。
35.其中：
36.地震对建筑物、构筑物的破坏，主要是由于地震波在地基中传播，引起强烈的地面运动所造成的，而外力作用下建筑物局部的相对变形(应变)与建筑物所受的应力及所处环境有直接关系，根据弹性力学有限单元法基本原理：
37.kiδδi＝δp
ig
+δp
ic
+δp
it
+δp
is
38.式中：
39.δδi代表应变增量；
40.δp
ic
代表徐变引起应力增量；
41.δp
is
代表干缩引起的应力增量；
42.δp
ig
代表外荷载引起的应力增量；
43.δp
it
代表温差引起的应力增量。
44.进一步的，徐变、干缩、温度引起的应变是在建筑物长期使用下不可避免的缓慢变化，本发明的透明承压板材质可以实时查看装置连接及运行状态，在运行维护过程中校准该类位移增量，及时对由于徐变等因素引起的非偶然性位移变化进行修正，因此，可对上式进行简化：
45.kiδδi＝δp
it
；
46.根据有限单元法，外荷载引起的节点力为单位应力的累计，即：
[0047][0048]
混凝土位移场为单元应变的累计，即：
[0049][0050]
即外荷载(地震)所引起的应变增量δδi是引起建筑物位移的最主要因素。然而，运用本发明，可以通过调整大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备布设位置及布设数量，有效监控地震引起的应力增量δp
it
，从而监测应变增量δδi是否在允许范围内。
[0051]
本发明的大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动装置，在布置过程中，宜选取地震发生时应力大的位置布设，以更准确、更快速的进行抗震反馈。当发生地震对建筑物造成较大冲击时，建筑物地基处往往为应力最大处，地基面同时承受建筑物自重带来的向下的永久荷载，又要承受地震带来的向上的偶然荷载，如图4建筑物剖面应力包络图所示，建筑物基面a-b为应力最大位置。但是，由于大体积混凝土建筑物对地基刚度、强度、耐久性有较高要求，其材料结构往往为致密钢筋混凝土层，不利于信号传输，也不便于装置维护；因此，不宜将装置布置在地基基面以下。然而，楼房、大坝等混凝土建筑往往具有房屋空间、大坝洞室群，如图4中洞室腔体区示意范围就是洞室区域，该区域空间较大，强弱电布置便捷，具有良好的装置布设条件；同时，发电机组、控制室等核心设施往往布置于此处，将大体积混
凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备与之布设在同一空间结构内有利于更好的反应设施、设备布设环境的地震情况，并据实反馈地面振幅是否在应力允许范围内，以备按需发出预警、制动信号。故可将装置沿图4中a-b断面进行布置，该断面布设条件较好，且依然是应力较大位置，既满足布设要求，又能较好感知应力较大位置的振幅情况；同时，在洞室、房屋楼(地)面布置装置，能够发挥发明的高强度pvc承压板1的特征，其表面平整，可与楼(地)面形成统一整体平面，不影响大体积混凝土建筑物洞室、房屋楼(地)面结构，可以在不影响原建筑功能的情况下按需布设，并有效承受装置上部传递的压力、压强，透明材质可以实时查看装置连接及运行状态，及时对由于徐变等因素引起的非偶然性位移变化进行修正。
[0052]
并且本发明能够有效消减偏心受压等特殊受力情况的不良影响。如图2所示，当承压板1上部的荷载位于红外发射器3与精度控制器2之间，或者位于红外发射器3左边时，承压板1将出现偏心受压的情况；这种情况下红外发射器3承受向下的荷载，有向下位移趋势；预警制动器4承受向上的荷载，有向上位移趋势；因此，红外发射器3与预警制动器4在偏心荷载作用下将会产生较大位移，易造成地震误判；针对这种情况，精度控制器2及阻尼连接件将发挥十分重要的纠偏作用。一方面，容置于承压面板1与精度控制器2之间的第二阻尼连接件2采用双阻尼节点，节点平均分布与精度控制器两端，当承压面板1承受偏心荷载时，双阻尼节点会与其同侧的第一阻尼连接件以及第二阻尼连接件承受相同方向的荷载，具有相同方向的位移趋势，从而产生偏转，偏转角度与荷载偏心距离成正比，即精度控制器2自身中部孔洞8的法线与红外信号射线保持平行，巧妙地解决了因精度控制器2与红外发射器3在偏心荷载作用下位移较大造成地震误判的问题；另一方面，阻尼连接件可以大幅降低承压板上表面各位置的荷载对制动装置的振动影响，同步减小精度控制器2、红外发射器3、预警制动器4的位移变化，使各部分位移差在可控范围内，进一步保证承压板1所受荷载不对大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备的地震触发精度造成影响。
[0053]
本发明采用模块化结构，红外预警制动装置各部分的高度、宽度等尺寸可根据地形、地面结构特征进行调整，可以适应地面、台阶、坡道等多个位置，布设灵活；同时，可以根据洞室空间尺寸、形状、楼层等进行动态组合，如图3所示，将大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备集成在一个模块单元内，可以根据布设区域的尺寸进行组合布设，同时可以选择重要区域进行加密布设，布设成双排或多排；也可以根据不同区域的尺寸和地面设备特征进行动态优化组合，提高装置的普适性与布设灵活性。但在装置布设过程中，应避免任一模块布设在在坝体纵缝处，如图4所示，纵缝b-b’位置将出现应力重分布，纵缝两侧的受力特征不再成线性变化趋势，同时也会存在不均匀沉降，将对本发明的精度造成影响，而且较大沉降差还会造成装置损坏；因此合理布设对于大体积混凝土建筑物阻尼抗震预警制动设备的精度提升与作用发挥至关重要。
[0054]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
[0055]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0056]
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本
发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。