ЭКРАН ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ ОТ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Российский патент 1994 года по МПК E02D27/34 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты зданий и сооружений, возводимых в сейсмически опасных районах, а также для их защиты от виброколебаний, источником которых может быть любое технологическое оборудование.

Известны устройства для повышения сейсмостойкости фундаментов сооружений на основе принципа поглощения удара за счет свойств материалов экранов и демпфирующих устройств.

Известно устройство для изоляции объекта от сейсмических воздействий. Устройство выполнено многослойным и размещено между опорными частями здания [1] . Каждый слой образован парными металлическими щетками, выполненными, например, из пластмассового основания, и жестко закрепленными в нем пучками упругих стержней. Щетки одного слоя установлены стержнями навстречу друг другу и соединены между собой. Энергия колебаний гасится за счет трения пучков стержней каждого слоя до исчерпания упругих свойств материалов.

Недостатком известного устройства является его неэффективность после первого этапа сейсмоколебаний, когда слои устройства сплющиваются.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является экран для защиты фундаментов зданий, сооружений от воздействия колебаний [2] . Экран для защиты фундаментов зданий, сооружений от воздействия колебаний включает размещенную вокруг контура фундамента траншею, заполненную материалом, поглощающим колебания. Траншея выполнена в грунте из соединенных своими концевыми участками криволинейных секций, причем криволинейные секции могут быть обращены навстречу колебаниям или выпуклостью, или вогнутостью.

Недостатком известного экрана является низкая эффективность защиты за счет нарушения целостности системы грунт-фундамент при исчерпании демпфирующих свойств засыпки траншеи.

Целью изобретения является повышение эффективности гашения сейсмических колебаний за счет обеспечения единой работы системы грунт-фундамент.

Для достижения поставленной цели в экране для защиты зданий, сооружений от сейсмических воздействий, включающем расположенную вокруг здания, сооружения погруженную в грунт оболочку, выполненную из соединенных своими концевыми участками и обращенных выпуклостями навстречу колебаниям железобетонных секций, каждая секция оболочки выполнена Л-образной формы, при этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе здания, сооружения.

На чертеже изображен экран для защиты зданий, сооружений 1 от сейсмического воздействия, общий вид.

Оболочка 2 выполнена из секций 3. Каждая секция выполнена из виброизолирующего материала, например железобетонных пластин. Секции могут быть выполнены металлическими как типовые шпунтовые стенки или армированы кирпичной кладкой.

Каждая секция 3 выполнена Л-образной формы, концевые участки 4 которых соединены между собой. Вершины 5 каждой секции обращены навстречу колебаниям. В законченном виде оболочка 2 представляет собой в плане многовершинную звезду. Звезда выполнена из бетона класса В 20, заливаемого в прорезь грунта шириной 0,2 м на глубину 3,3 м. Звезда выполнена с размером между противоположными западающими вершинами 4 расстоянием, равным 36 м. Длина стенки звезды, расположенной между выступающей и западающей вершинами, равна 9,6 м. Глубина каждой стенки от поверхности грунта до отметки распределения максимальных напряжений под подошвой фундамента здания равна 3,3 м, т. е. не меньше глубины распределения максимальных напряжений под подошвой фундамента.

Звезду выполняют следующим образом.

После разметки буровой машиной прорезается в грунте плотностью 1800 кг/м³ глубиной 3,3 м щель шириной 0,2 м, заполняемая бетоном класса В 20. При этом масса заключенного в пределах контура звезды грунта равна массе здания = 8014,5 т (девятиэтажный дом):
1,800 т/м³ х (5802,5 - 1350) = 8014,5 т
Устройство работает следующим образом.

Продольная составляющая сейсмической волны значительно меньше ее поперечной составляющей, которая вызывает сдвиг грунтового массива относительно здания. Поэтому для восприятия поперечных волн принята складчатая форма многовершинной звезды, конструктивно выполняемая по типу сооружения стена в грунте.

При воздействии поперечной составляющей сейсмической волны перемещаемый грунтовый массив в области выступающих вершин звезды испытывает расслоение, а в области западающих - уплотнение на первой стадии и смещение в область расслоения уплотненного массива на последующей стадии. Это происходит следующим образом. Выступающей вершиной звезды на первой стадии сейсмического воздействия массив расслаивается на два потока и перемещается по плоскости стены складка к западающей вершине, где консолидируется с потоком грунта, перемещаемого по плоскости стены соседней складки. Таким образом, у выступающей вершины образована полость расслоения грунта в виде трещины или осыпи, а у внутренней вершины звезды образован уплотненный грунт.

На последующей стадии сейсмического воздействия подвижка грунтового массива у выступающей вершины вызывает развитие полости в грунте, а у внутренней вершины - уплотнение до критической плотности грунта с перемещением его в область грунта пониженной плотности, т. е. в полость у выступающей вершины.

С внутренней стороны звезды на грунт, заключенный между плоскостями складок, воздействуют отраженные волны, направленные по нормали к плоскости складки. Дифракция отраженных волн от противоположных стенок складок звезды вызывает отслоение грунта от стенок и смещение его вглубь звезды по направлению к зданию (1). Поскольку этот процесс является одновременным для всех объемов грунта в складках, то в объеме вписанной в многовершинную звезду окружности образуется уплотненный объем грунта с улучшением его адгезионных свойств с поверхностью фундамента здания (1).

Таким образом, работа сейсмических волн направлена на разрушение грунта в системе звезда - грунт, чем обеспечивается цельность системы грунт - сооружение.

На последующих стадиях сейсмического воздействия происходит работа по дальнейшему уплотнению грунта до размеров цилиндра, вписанного между вершинами звезды. При этом может наблюдаться картина, когда весь грунт из объемов складок лучей звезды переместится, образуя цилиндр с критической плотностью грунта. Таким образом, единая система грунт - сооружение описывается равновесными динамическими характеристиками (масса, собственная частота элементов системы, коэффициент затухания, коэффициент динамического воздействия), что позволяет снизить уровень динамического воздействия в два раза.

Разрушение структуры прилегающего с внутренней стороны звезды грунта снижает эффективность работы звезды, поэтому после каждого полного цикла сейсмического воздействия необходимо уплотнить с досыпкой разрушенные участки.

Равенство масс, составляющих эту систему, обеспечивает одновременное перемещение от воздействия продольной составляющей сейсмической волны. Известно, что при ударе перемещение больше у того элемента системы, у которого меньше масса. Поэтому, в случае, когда масса локализованного в звезде грунта будет принята меньше, то нарушение адгезии грунта поверхностью тела фундамента произойдет за счет преимущественных перемещений грунта, что вызовет резкое увеличение динамического воздействия на здание и его разрушение. В случае, если масса здания будет меньше массы грунта, то адгезия будет нарушена из-за больших перемещений здания и вызовет аналогичные последствия в случае, когда меньше масса грунта. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1366623, кл. Е 04 Н 9/02, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР N 817150, кл. Е 02 D 27/34, 1979.

Сущность изобретения: экран для защиты зданий, сооружений от сейсмических воздействий включает расположенную вокруг здания, сооружения погруженную в грунт оболочку, выполненную из соединенных концевыми участками железобетонных секций. Каждая секция оболочки выполнена Л-образной формы, при этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе здания, сооружения. 1 ил.

ЭКРАН ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ ОТ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ, включающий расположенную вокруг здания, сооружения погруженную в грунт оболочку, выполненную из соединенных своими концевыми участками и обращенных выпуклостями навстречу колебаниям железобетонных секций, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса гашения сейсмических колебаний, каждая секция оболочки выполнена /образной формы, при этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе здания, сооружения.