СЕЙСМОСТОЙКИЙ БЛОК СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩЕГО ТИПА И СЕЙСМОСТОЙКАЯ СТРУКТУРА, В КОТОРОЙ ОН ИСПОЛЬЗУЕТСЯ
SEISMIC INSULATING TYPE SEISMIC-RESISTANT BLOCK AND SEISMIC RESISTANT STRUCTURE IN WHICH IT IS USED

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники
Настоящее изобретение относится к сейсмостойкому блоку сейсмоизолирующего типа и к сейсмостойкой структуре, в которой он используется, которые способны повысить сейсмостойкость структуры, поглощая энергию землетрясений или других ударов, генерируемых под землей, и которые способны предотвратить генерирование колебаний и воздействие последующего удара на структуру самим блоком, поглотившим удар землетрясения.
2. Предшествующий уровень техники
Как хорошо известно, объекты гражданского строительства, такие как мосты, дамбы, подпорные сооружения, и т.д., а также архитектурные объекты, такие как здания (далее именуемые "структуры") строятся на земле и имеют вертикальную ориентацию. В то же время такие структуры строятся с применением строительных блоков, бетона и/или тому подобных строительных материалов. Соответственно, когда на такие структуры действуют вибрации грунта, вызванные искусственными ударами, генерируемыми на земле, или природными ударами, такими, как землетрясения, может произойти катастрофа, когда в стенах структур возникают трещины или структуры рушатся.
Для предотвращения таких катастроф, в таких структурах применяется сейсмостойкое оборудование.
По существу, сейсмостойкое оборудование в основном подразделяется на сейсмостойкие структуры, сейсмоизолирующие структуры и структуры управления колебаниями. В этом случае сейсмостойкие структуры - это структуры, спроектированные так, чтобы выдерживать силу землетрясения за счет силы сопротивления здания; сейсмоизолирующие структуры - это структуры, спроектированные так, чтобы уменьшать передачу силы землетрясения на здание; и структуры управления колебаниями - это структуры, спроектированные так, чтобы рассеивать энергию землетрясения за счет отдельного устройства управления колебаниями.
Недавно в качестве сейсмостойкого оборудования для структур в основном применялись сейсмоизолирующие структуры. В частности, объекты гражданского строительства готовились к восприятию внешних ударом, вызванных, например, землетрясением и пр., за счет использования сейсмоизолирующих структур.
Известный сейсмостойкий блок сейсмоизолирующего типа содержит угловые кольцевые внешние блоки, сконфигурированные так, чтобы формировать внешний вид блока, и внутренний блок, выполненный с возможностью соединять друг с другом внешний блок в верхнем ряду и внешний блок в нижнем ряду. В этом случае внешние блоки и внутренние блоки находятся в зацеплении друг с другом через упругие материалы. Соответственно, известный сейсмостойкий блок сейсмоизолирующего типа поглощает внешний удар так, чтобы внутренний блок колебался относительно внешних блоков, тем самым позволяя структуре изолировать внешний удар.
Однако в известном сейсмостойком блоке сейсмоизолирующего типа внутренний блок непрерывно генерирует колебания, вызванные ударом, поглощенным упругими материалами, даже когда внешнее воздействие прекращается, и эти колебания оказывают последующее воздействие на структуру.
Соответственно, хотя известный сейсмостойкий блок сейсмоизолирующего типа имеет преимущество, заключающееся в немедленной изоляции внешнего удара, в нем возникает проблема генерирования последующего удара, который создает нагрузку на структуру.
[Документы, описывающие прототип]
Документ 1: Корейская опубликованная заявка на патент № 10-2010-0073556 (опубликована 1 июля 2010).
Документ 2: Корейский патент № 10-0823448 (опубликован 17 апреля 2008).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение было создано для устранения вышеописанных проблем и целью настоящего изобретения является создание сейсмостойкого блока сейсмоизолирующего типа и сейсмостойкой структуры, в которой применяется такой блок, что может повысить характеристики сейсмоизоляции структуры от внешних ударов, что может минимизировать импульс, поглощаемый во время сейсмической изоляции и который также может усилить стойкость сейсмостойкой структуры к удару, тем самым минимизируя повреждения структуры.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается сейсмостойкий блок сейсмоизолирующего типа, содержащий:
пару малых блоков, выполненных так, что вдоль центральных участков их поверхностей одной стороны сформированы канавки, и выполненных с возможностью установки таким образом, чтобы эти их поверхности одной стороны находились напротив друг друга, и чтобы канавки формировали сквозное отверстие; и
поддерживающий стержень из упругого материала, выполненный с возможностью вставки в сквозное отверстие так, чтобы находящиеся напротив друг друга малые блоки указанной пары были разнесены друг от друга, и выполненный с возможностью соединять пары малых блоков, уложенных одна на другую в верхнем и нижнем рядах.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается сейсмостойкая структура, в которой:
множество больших блоков, каждый из которых имеет центральное отверстие и боковые углубления, уложены ложковой кладкой, и центральное отверстие каждого из больших блоков в нижнем ряду сообщается с противоположными боковыми углублениями соответствующих двух больших блоков в верхнем ряду;
причем центральное отверстие большого блока в нижнем ряду и боковые углубления двух больших блоков в верхнем ряду, которые сообщаются друг с другом, совместно вмещают пару малых блоков, таким образом позволяя большому блоку в нижнем ряду и большим блокам в верхнем ряду соединяться друг с другом;
при этом малые блоки образуют пару малых блоков, выполненных таким образом, что на вертикальных центральных участках поверхностей одной стороны сформированы канавки, и выполненных с возможностью расположения таким образом, чтобы их поверхности одной стороны были обращены друг к другу, а канавки образовывали сквозное отверстие; и
пары малых блоков, уложенные в верхнем и нижнем рядах, соединены друг с другом поддерживающим стержнем из упругого материала, выполненным с возможность вставки в сквозное отверстие так, чтобы пары малых блоков были разнесены друг от друга.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанные и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг.1 - разнесенный вид в перспективе, иллюстрирующий укладку сейсмостойкой структуры по настоящему изобретению.
Фиг.2 - вид в перспективе, иллюстрирующий укладку сейсмостойкой структуры по настоящему изобретению.
Фиг.3 - вид, схематически иллюстрирующий укладку сейсмостойкой структуры по настоящему изобретению.
Фиг.4 - вид сверху, иллюстрирующий состояние, в котором малые блоки и поддерживающий стержень вставлены в большой блок в сейсмостойкой структуре по настоящему изобретению.
Фиг.5 - вид, иллюстрирующий деформированную форму поддерживающего стержня по настоящему изобретению.
Фиг.6 - вид сверху, иллюстрирующий буферный стержень, включенный в поддерживающий стержень по настоящему изобретению.
Фиг.7 - вид спереди и вид сверху, схематически иллюстрирующий состояние, в котором боковые силы, направленные влево и вправо, приложены к сейсмостойкой структуре по настоящем изобретению, и большие блоки в верхнем и в нижнем рядах скручены.
Фиг.8 - вид спереди и вид сверху, схематически иллюстрирующие состояние, в котором к сейсмостойкой структуре по настоящему изобретению приложен крутящий момент и большие блоки в верхнем и нижнем ряду повернуты.
Фиг.9 - вид спереди и вид сверху, схематически иллюстрирующие состояние, в котором к сейсмостойкой структуре по настоящему изобретению приложены боковые силы, направленные вперед и назад, и большие блоки в верхнем и нижнем ряду скручены.
Фиг.10 - вид в перспективе, иллюстрирующий другой вариант большого блока по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Далее следует подробное описание настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, иллюстрирующие конкретные детали.
На фиг.1 приведен разнесенный вид в перспективе, иллюстрирующий укладку сейсмостойкой структуры по настоящему изобретению. На фиг.2 приведен вид в перспективе, иллюстрирующий укладку сейсмостойкой структуры по настоящему изобретению. На фиг.3 приведен вид, схематически иллюстрирующий укладку сейсмостойкой структуры по настоящему изобретению, а на фиг.4 показан вид сверху, иллюстрирующий состояние, в котором малый блок и поддерживающий стержень вставлены в большой блок в сейсмостойкой структуре по настоящему изобретению.
Сейсмостойкая структура по настоящему изобретению содержит: пару малых блоков 210 и 220, сконфигурированных так, чтобы вдоль вертикальных центральных участков их поверхностей одной стороны были сформированы канавки 211 и 221 и ориентированы так, чтобы эти поверхности одной стороны располагались напротив друг друга и канавки 211 и 221 образовали сквозное отверстие h; и поддерживающий стержень 300 из упругого материала, предназначенный для установки в сквозное отверстие h, чтобы пара малые блоки 210 и 220 этой пары были разнесены друг от друга и соединяющий пары малых блоков 210 и 220, уложенных в верхнем ряду и в нижнем ряду.
Пара малых блоков 210 и 220 содержит первый малый блок 210 и второй малый блок 220 и образует базовый блок 200, в котором поверхности одной стороны малых блоков 210 и 220 пары находятся напротив друг друга и канавки 211 и 221 образуют сквозное отверстие h. В этом варианте канавки 211 и 221 расположены на вертикальных центральных участках поверхностей одной стороны и, поэтому сквозное отверстие h также проходит сквозь пару малых блоков 210 и 220 в вертикальном направлении.
Поддерживающий стержень 300 имеет форму стержня из упругого материала и вставлен в сквозное отверстие h. Соответственно, поддерживающий стержень 300 проходит сквозь сквозные отверстия h малых блоков 210 и 220 в верхнем и в нижнем ряду и соединяет малые блоки 210 и 220 верхнего ряда с малыми блоками 210 и 220 нижнего ряда.
В то же время сейсмостойкая структура по настоящему изобретению сконфигурирована так, что множество больших блоков 100, 100', 100", в каждом из которым имеется сквозное отверстие 111 и боковые углубления 112 и 113, уложены ложковой кладкой, и центральное отверстие 111 большого блока 100 в нижнем ряду сообщается с боковыми углублениями 112' и 113' больших блоков 110' и 100" верхнего ряда. Согласно настоящему изобретению центральное отверстие 111 имеет размер, приблизительно вдвое превышающий размеры боковых углублений 112 и 113 и, поэтому, центральное отверстие 11 имеет размер, достаточный для установки в него пары малых блоков 210 и 220, а каждое боковое углубление 112 и 113 имеет размер, достаточный для установки в него одного из пар малых блоков 210 и 220. Другими словами, когда большой блок 100 в нижнем ряду и большие блоки 100' и 100" в верхнем ряду уложены ложковой кладкой, боковые углубления 112 и 113 и центральное отверстие 111 в верхнем и нижнем рядах сообщаются друг с другом, имея одинаковые или подобные формы и размеры, и пару малых блоков 210 и 220 можно вставить в боковые углубления 112 и 113 и в центральное отверстие 111.
Для справки, центральное отверстие 111 является отверстием, которое проходит сквозь каждый из больших блоков 100, 100', 100", а боковые углубления 112 и 113 являются углублениями, открытыми на левой и правой сторонах каждого из больших блоков 100, 100', 100". Кроме того, для плотной установки пары малых блоков 210 и 220, предпочтительно, форма центрального отверстия 111 и форма боковых углублений 112, 113 одинакова с формой пары малых блоков 210, 220 или подобна ей.
В центральном отверстии 111 большого блока 100 в нижнем ряду и в боковых углублениях 112' и 113' больших блоков 100' и 100" в верхнем ряду расположена пара малых блоков 210 и 220 и, поэтому, пара малых блоков 210 и 220 по настоящему варианту соединяет большой блок 100 в нижнем ряду с большими блоками 100' и 100" в верхнем ряду. Другими словами, пара малых блоков 210 и 220 интегрально соединяет и поддерживает большой блок 100 в нижнем ряду и большие блоки 100' и 100" в верхнем ряду. Соответственно, большой блок 100 в нижнем ряду и большие блоки 100' и 100" в верхнем ряду можно разделить в вертикальном направлении, но они остаются стабильными в боковом направлении.
В то же время поддерживающий стержень 300 по настоящему изобретению соединяет две пары малых блоков 210 и 220, уложенных в верхнем и нижнем рядах, за счет чего палые блоки 210 и 220 в верхнем ряду и малые блоки 210 и 220 в нижнем ряду структурно скреплены друг с другом.
На фиг.5 показана деформированная конфигурация поддерживающего стержня по настоящему изобретению, а на фиг.6 приведен вид сверху, иллюстрирующий буферный стержень, включенный в поддерживающий стержень по настоящему изобретению.
Поддерживающий стержень 300 по настоящему изобретению содержит: множество буферных стержней 310 и 320, и соединитель 330, выполненный с возможностью окружать и соединять противоположные концы буферных стержней 310 и 320, расположенных в линию. В этом случае буферные стержни 310 и 320 сформированы так, чтобы иметь длину, достаточную для установки в сквозное отверстие h малых блоков 210 и 220 в верхнем ряду и в сквозное отверстие в малых блоках 210 и 220 в нижнем ряду. Эти два буферных стержня 310 и 320 интегрированы соединителем 330 в единое тело, тем самым формируя структуру, вытянутую в линию.
В этом варианте в продольном направлении буферных стержней 310 и 320 сформирован зазор d. Как описано выше, буферные стержни 310 и 320 имеют собственную упругость. Хотя буферные стержни 310 и 320 имеют форму полной трубы, предпочтительно сформировать зазор d в продольном направлении буферных стержней 310 и 320 так, чтобы все буферные стержни 310 и 320 могли распределять силу для увеличения эффективности их деформации и для предотвращения частичной деформации участка, на который действует сила. В результате, когда сила приложена снаружи к части буферных стержней 310 и 320, все буферные стержни 310 и 320 распределяют силу, когда зазор d сужается и, затем, расширяется, тем самым повышая эффективность восстановления формы буферных стержней 310 и 320.
Кроме того, каждый буферный стержень 310 и 320 в этом варианте намотан в форме спирали. Буферные стержни 310 и 320 в этом варианте должны иметь эффективные характеристики упругого отталкивания в противодействие внешней силы, приложенной в разных направлениях, а также должны обладать поддерживающей силой, необходимой для восстановления первоначального положения малых блоков 210 и 220, сместившихся из своего первоначального положения под действием внешней силы. Соответственно, каждый буферный стержень 310 и 320 сформирован путем намотки пластины, имеющей достаточную прочность, в спираль, имеющую зазор, как показано на фиг.6. Буферные стержни 310 и 320 в настоящем варианте могут наматываться в два слоя со спиральной формой сечения, как показано на фиг.6(a), или в три и более слоя со спиральной формой сечения, как показано на фиг.6(b).
Это позволяет буферным стержням 310 и 320 самим создавать упругое отталкивание без изгиба, такого как перегиб и пр., позволяет самим буферным стержням создавать поддерживающую силу, достаточную для поддержки малых блоков 210 и 220. Кроме того, каждый буферный стержень 310 и 320 имеет [в сечении] форму спирали, имеющей структуру двух или более наложенных друг на друга слоев, как показано на фиг.4 и, поэтому, внешний слой, непосредственно подвергающийся воздействию внешней силы, в первую очередь упруго противодействует этой внешней силе, а слой, находящийся внутри внешнего, вторично и упруго противодействует давлению, если давление больше, чем приложенная внешняя сила. В результате буферные стержни 310 и 320 не генерируют равномерную упругую отталкивающую силу, противодействующую различным внешним силам и, таким образом, могут выполнять функцию гибкой сейсмоизоляции.
Для справки, буферные стержни 310, 320 в настоящем варианте могут быть изготовлены из нержавеющей стали, упругого железосодержащего материала, или из армированного пластика, такого как поликарбонат и пр. Буферные стержни 310 и 320 можно модифицировать и реализовать разными способами, не выходя за пределы объема приложенной формулы, если они обладают прочностью и упругостью, достаточными для поддержки блоков.
Соединитель 330 в настоящем варианте может окружать и размещать в себе противоположные концы двух соединенных буферных стержней 310 и 320. Для этого соединитель 330 имеет трубчатую форму так чтобы концы буферных стержней 310 и 320 вставлялись в него. В результате противоположные концы двух буферных стержней 310 и 320 вставлены в трубчатый соединитель 330 и один соединитель 330 действует как средство соединения двух буферных стержней 310 и 320 в одну линию.
В то же время, соединитель 330 вставляется в сквозное отверстие h, образующееся, когда пара малых блоков 310 и 220 соединена. Соответственно, когда соединитель 330 выступает относительно буферных стержней 310 и 320, участок, который непосредственно контактирует с внутренней поверхностью сквозного отверстия h, ограничивается только соединителем 330 и давление, прилагаемое малыми блоками, концентрируется только на соединителе 330. Для решения этой проблемы концы 311, 312, 321 и 322 буферных стержней 310 и 320, которые вставлены в соединитель 330, имеют сужающиеся наружные поверхности, и соединитель 330 контактирует и соединяется с сужающимися наружными поверхностями 311, 312, 321 и 322. Соответственно, буферные стержни 310, 320 можно плавно соединить с соединителем 330, вставляя с усилием концы 311, 312, 321 и 322 буферных стержней 310 и 320 в соединитель 330, под давлением. В результате ширина соединителя 330 становится равной ширине буферных стержней 310 и 320 - и, общая наружная поверхность поддерживающего стержня 300 может находиться в плотном контакте с внутренней поверхностью сквозного отверстия h.
Соединитель 330 изготовлен из упругого материала. Поскольку весь соединитель 330 вставляется в сквозное отверстие h, а буферные стержни 310 и 320, соединенные с соединителем 330, расположены на границах между малыми блоками 210 и 220, внешняя сила, создаваемая малыми блоками 210 и 220 в результате изменения их положения, прилагается только к буферным стержням 310 и 320. В результате, при изменении ориентации малых блоков 210 и 220 изгибаются только буферные стержни 310 и 320, как показано на фиг.5, а соединитель 330 может иметь прочность, необходимую лишь для крепления буферных стержней 310 и 320 и не требует упругости.
На фиг.7 показаны виды спереди и сверху, схематически иллюстрирующие состояние, в котором к сейсмостойкой структуре по настоящему изобретению приложены силы, направленные влево и вправо, и большие блоки в верхнем и нижнем рядах скручены, а на фиг.8 показаны виды спереди и сверху, схематически иллюстрирующие состояние, в котором к сейсмостойкой структуре по настоящему изобретению приложен крутящий момент, и большие блоки в верхнем и нижнем рядах повернуты, а на фиг.9 показаны виды спереди и сверху, схематически иллюстрирующие состояние, в котором к сейсмостойкой структуре по настоящему изобретению приложены боковые силы, направленные вперед и назад и большие блоки в верхнем и нижнем рядах скручены.
В вышеописанной сейсмостойкой структуре по настоящему варианту, когда большой блок 100 в нижнем ряду и большие блоки 100' и 100" в верхнем ряду подвергаются воздействию внешне силы и сдвигаются вбок в противоположных направлениях, пара малых блоков 210 и 220 выполняют функцию сейсмического сопротивления, сопротивляясь движению большого блока 100 в нижнем ряду и больших блоков 100' и 100" в верхнем ряду без существенной деформации, а поддерживающий стержень 300, работающий как буфер для пары малых блоков 210 и 220, выполняет сейсмическую изоляцию, буферируя изменение интервала между парой малых блоков 210 и 220, вызванное внешней силой, приложенной большим блоком 100 в нижнем ряду и большими блоками 100' и 100" в верхнем ряду. Очевидно, что множество поддерживающих стержней 300 можно соединить друг с другом и интегрально соединить множество больших блоков 100 в нижних рядах и множество больших блоков 100' и 100" в верхних рядах и, таким образом, вся сейсмостойкая структура может выполнять функцию сейсмического сопротивления и функцию сейсмической изоляции композитным способом даже когда внешняя сила приложена к точке этой сейсмостойкой структуры.
Для справки, как показано на фиг.7 и 9, когда большой блок 100 в нижнем ряду и большие блоки 100' и 100" в верхнем ряду смещаются по прямым в противоположных направлениях, малые блоки 210 и 220 в первую очередь и максимально сопротивляются изменению положения большого блока 100 в нижнем ряду и больших блоков 100' и 100" в верхнем ряду, и пара малых блоков 210 и 220, разнесенных друг от друга буферными стержнями 310 и 320 во вторую очередь сдвигаются друг к другу и наклоняются из-за изменения положения большого блока 100 в нижнем ряду и больших блоков 100' и 100" в верхнем ряду. В этом случае давление сбрасывается буферными стержнями 310 и 320 и пара малых блоков 210 и 220 возвращаются на свои первоначальные места.
Кроме того, как показано на фиг.8, когда большой блок 100 в нижнем ряду и большие блоки 100' и 100" в верхнем ряду поворачиваются под действием крутящего момента в противоположных направлениях, малые блоки 210 и 220 в первую очередь и максимально сопротивляются изменению положения большого блока 100 в нижнем ряду и больших блоков 100' и 100" в верхнем ряду, и пара малых блоков 210 и 220, разнесенных друг от друга буферными стержнями 310 и 320, в о вторую очередь прилагают давление к буферным стержням 310 и 320, вставленным в сквозное отверстие h, и скручиваются из-за изменения положения большого блока 100 в нижнем ряду и больших блоков 100' и 100" в верхнем ряду. В этом случае давление сбрасывается буферными стержнями 310 и 320 и пара малых блоков 210 и 220 возвращается в свои первоначальные положения.
В результате пара малых блоков 210 и 220 сопротивляется движению большого блока 100 в нижнем ряду и больших блоков 100' и 100" в верхнем ряду, и, кроме того, буферирует большой блок 100 в нижнем ряду и большие блоки 100' и 100" в верхнем ряду посредством поддерживающего стержня 300, проходящего сквозь пару малых блоков 210 и 220, тем самым выполняя и функцию сейсмического сопротивления, и функцию сейсмической изоляции.
На фиг.10 представлен вид в перспективе другого варианта большого блока по настоящему изобретению.
Сейсмостойкий блок по этому варианту далее содержит покрытие 400 из упругого материала, окружающее периметр пары малых блоков 210 и 220, расположенных напротив друг друга.
Пара малых блоков 210 и 220 нужно отделить друг от друга, прежде чем вставлять в центральное отверстие 111 или боковые углубления 112 и 113 больших блоков 100, 100' и 100". Кроме того, когда поверхности малых блоков 210 и 220 и больших блоков 100, 100' и 100", изготовленных из известково-цементного раствора, непосредственно контактируют друг с другом, и когда передается удар, наружные поверхности малых блоков 210 и 220 или внутренние поверхности больших блоков 100, 100' и 100" царапаются или повреждаются.
Периметр пары малых блоков 210 и 220 покрыт покрытием 400, изготовленным из упругого материала и, поэтому, пара малых блоков 210 и 220 интегрирована этим покрытием 400 и столкновение между малыми блоками 210 и 220 и большими блоками 100, 100' и 100" буферируется, что позволяет защитить их поверхности.
Кроме того, для предотвращения столкновений меду малыми блоками в верхнем и нижнем рядах может применяться крышка 500 из упругого материала, выполненная с возможностью закрывать вершину малых блоков 210 и 220. В этом случае в крышке 500 выполнено сквозное отверстие 510, чтобы в сквозное отверстие y можно было вставлять поддерживающий стержень 300.
Подводя итоги, покрытие 400 и крышка 500 защищают пару малых блоков 210 и 220, окружая их, тем самым защищая контактные поверхности между малыми блоками 210 и 220 и большими блоками 100, 100' и 100", и контактные поверхности между малыми блоками 210 и 220 в верхнем и нижнем рядах, а также улучают функцию буферирования.
Согласно настоящему изобретению достигаются преимущества, заключающиеся в том, что сейсмоизолирующие характеристики структуры относительно внешнего удара можно улучшить, импульс, поглощаемый во время такой сейсмоизоляции можно минимизировать, а сейсмостойкую структуру можно усилить относительно влияния импульса, тем самым сводя повреждения структуры к минимуму.
Хотя выше для иллюстрации был описан конкретный вариант изобретения, специалистам понятно, что в него можно внести различные изменения, добавления и замены, не выходящие за пределы объема и изобретательской идеи, как определено в приложенной формуле изобретения.