专利名称：把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑技术领域的工程抗震设施，具体的是一种把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链。
地震是地球许多地区不时发生的自然灾害，它会给人类带来巨大的生命财产损失。世界各国都有许多科学家和地震工作者日夜对地震进行监测和预报，力求减小地震造成的损失。同时，也有许多专家在建筑领域研究建筑物的消震设施，截至目前为止，世界上出现的消震装置有两种一是在建筑物的设计中加入机械缓冲装置，一是在建筑物的设计中加入磁粒子阻尼装置；此外，就是在建筑物的设计中从结构力学上增强建筑物的抗震功能。这三方面均着眼于建筑物本身，属小范围的消震减震措施。
有些科学家在研究了近代一些大地震后得出结论许多地震都在广大地区造成旋弧或漩涡构造。关于漩涡构造的力学成因，是当漩涡中心的地块受到外力作用时，因外力的合力不通过其中心，其中心便成了一个相对固定的支承点，造成地块在外力作用下绕此支承点发生旋扭运动，导致地块中产生漩涡构造。而旋弧构造则是不完整的漩涡构造的一部分。
在强震带内，常发生许多小型旋扭运动。
如1923年日本东京大地震后，以相模湾为中心，周围的陆地一圈圈地发生旋扭运动。
如1995年日本阪神大地震后，在神户强震带内共有十三处旋扭。
建筑物的扭裂倒塌，一般认为是建筑物的质量中心与刚度中心不一致，在水平地震波的冲击下而扭裂倒塌。
建筑物的扭裂倒塌可能还有另一个原因，那就是强震带内地表的小型旋扭运动。而这类小型旋扭运动的直接力学成因是水平地震波对地表泥土的冲击被冲击的泥土的速度比其两侧的要快，于是两侧便显得滞后而拖拽，导致旋扭运动的发生。如果水平地震波是径直的，则易导致其两侧发生旋扭运动；如果水平地震波是偏斜的，则易导致其某一侧发生旋扭运动；从而带动建筑物随之发生扭裂倒塌。
地面旋扭运动的破坏深度一般在20m左右，名为“地震破坏层”。而其下就是“安定层”。此资料载于[日]柴崎达雄，植村武，吉村尚久编·大震灾·日本东京东海大学出版会，1996·271，272和龚思礼等编著·建筑抗震设计·北京中国建筑工业出版社，1994·41。
当“磨擦杭”处于“河成沙”(“地震破坏层”)内时，地震能使其上的基础发生倾斜；而当“支持杭”穿过“河成沙”(“地震破坏层”)进入到“海成沙”(“安定层”)内时，地震不能使其上的基础发生倾斜。这是1964年6月16日日本新泻地震的资料，载于[日]柴崎达雄，植村武，吉村尚久编·大震灾·日本东京东海大学出版会，1996·270。
根据以上理论和资料，如果能提供一种装置，能消除“地震破坏层”内水平地震波的冲击，将成为一种全新的预防地震的手段和措施。
本发明的目的就是提供一种把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，实现“小震不颤，大震微颤”，把破坏性地震化为非破坏性的，从而使其上的建筑物不倒塌，使人民生命财产和人类文明从根本上免遭地震伤毁，基本消除人类第一大自然灾害——地震带来的可怕厄运。
本发明的目的是这样实现的一种把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，其特征在于它由主旋臂、中心柱组件、承托桩组件、高强度消波螺栓组成；a.每一主旋臂由两条等高的钢板呈螺旋反“S”型弯曲构成，该两条钢板中部间距较宽，向两端逐渐变窄，两端靠紧，该两条钢板之间以多组等距交错排列的高强度消波螺栓组连接，该消波螺栓组的构造为在主旋臂两条钢板的对应通孔中穿入一有钉头的高强度螺栓，该螺栓中部外套一强力弹簧，该弹簧由分别套装于螺栓左、右端且分别焊接于两钢板内侧的弹簧顶筒支承，在该弹簧及弹簧顶筒外套装有一内套筒，该内套筒焊接于一钢板的内壁，该内套筒外套装一外套筒，该外套筒焊接于另一钢板的内壁，所述内、外套筒的长度小于二钢板的间距而有沿螺栓轴向移动的空间，所述螺栓穿出主旋臂双钢板的外端以垫圈螺母锁紧并将该螺母焊接于垫圈及螺栓头部；b.2～10条螺旋形主旋臂各以其窄端扣搭于一中心柱组件的承托帽的旋槽中，该承托帽呈圆柱形，其顶部有与主旋臂数量相同的等分圆周的旋槽，各旋槽的底部呈内深外浅的斜面与主旋臂窄端部的斜度相反的斜面相应，该2～10条主旋臂辐射状等分圆周同向弯曲构成一螺旋消震单元；该承托帽下端有圆孔以松配合套装于中心柱的顶端，该中心柱深入地下；c.每条主旋臂由若干承托桩组件支承，其构造为每一承托桩顶部套接一承托帽，该承托帽为圆柱体，其中心有一长槽容纳主旋臂的插入，该主旋臂的下侧边沿有一凹口卡入承托帽的长槽的底部实现定位，在承托帽的长槽顶部有一圆孔内装螺栓组，该螺栓的中部套装有与长槽等宽的顶筒；该承托帽下端有圆孔以松配合套装于承托桩的顶部，该承托桩深入地下；d.若干由主旋臂组成的螺旋消震单元相互以主旋臂连接，组成一庞大的螺旋连锁消震网、链。
本发明的目的还可以通过以下措施实现所述主旋臂高20m，每条主旋臂长300～2000m，其顶部埋设于距地表5m深的地下泥土中。
在所述螺旋消震网、链的边沿的主旋臂外侧连接有次旋臂，该次旋臂为弯曲的单板，以螺栓组固接于主旋臂双板中的靠外侧板。
在所述螺旋连锁消震网、链的平面空隙处，于地面建筑物的主要支柱所在处埋设有人造稳心，其结构与一螺旋消震单元相同，但其尺寸可以较小，其高度可以较矮，其半径r＝5～10m。
所述主旋臂的数量为6条。
所述主旋臂、消波螺栓组件、承托帽、中心柱、承托桩、次旋臂的材质为不锈钢。
本发明有以下积极有益的效果1.本发明的主旋臂结构构成消除地震波的四道关口，它们是①主旋臂的曲板钢板外壁；②套装于高强度消波螺栓的强力弹簧；③内、外套管的相对伸缩④主旋臂的另一钢板的曲面内壁。地震波经此四道关口的阻挡化解，其破坏力消失或减弱。
2.在相同的地质体的条件下，漩涡构造的大小反映地震力的大小。据此而发现，人造漩涡的大小必能化解与之相应大小的地震力。鉴于环境的限制和施工之困难，不可能制造一个足以化解相应地震力的巨大漩涡装置。但可以由相应数量的半径适中的人造漩涡组合成巨大的螺旋消震群或螺旋连锁消震网、链，埋设在新城规划区或现有居住区的地表向下5m再向下20m左右的“地震破坏层”中，来集体化解地震力。
3.漩涡构造的中心是外力的合力所不通过的地方，因而此中心不但“相对固定”，而且相对稳定。据此而发现，漩涡的中心是一稳定区，可名为“稳心”。进而发现，有了人造漩涡就有了人造稳心。人造稳心可作为建筑物的中心柱或若干主柱之位置。因而可以将大型建筑物的中心柱或主柱设置在人造小漩涡(半径r＝5m～10m)的中心，即此种人造小漩涡可以设在巨大的螺旋消震网、链之内。
4.在水平地震波的冲击下，地表发生小型旋扭运动，形成深约20m左右的“地震破坏层”，使建筑物扭裂倒塌。据此而发现，只要设法隔断并吸收掉水平地震波，就能使这种旋扭运动减至最轻微或不发生，“地震破坏层”也就化为“非地震破坏层”。由于这种旋扭运动只有20m左右的深度，是有办法使之减至最轻微或不发生的。这个办法就是制成高达20m的具有消震功能的螺旋消震网、链并埋在“地震破坏层”中。
5.“摩擦杭”即磨擦桩由于处在“河成沙”(“地震破坏层”)内，以致地震能使其上的基础倾斜；“支持杭”即支持桩因穿过“河成沙”(“地震破坏层”)进入到“海成沙”(“安定层”)内，以致地震不能使其上的基础倾斜。据此而发现，只要磨擦桩穿过“地震破坏层”进入到“安定层”内，其上的被承托物就同样不受地震影响。因此，可将承托主旋臂的承托桩以磨擦桩形式全部打入“安定层”中，这样，当地震来临时，承托桩上的主旋臂不但安稳，而且还可以用泥土的磨擦力来抵消承托桩的自身重量和承托重量，达到承托主旋臂的功能。
本发明是一项开拓性的庞大的钢结构工程，新城规划区或现有居住区有多大，它就不但有多大，而且还要更大。
本发明是把居住区的破坏性地震化为非破坏性的，着眼于地震本身，属治“本”范围，是积极、主动、彻底的，是最有效的。
现结合附图进行说明
图1本发明的一个六角螺旋消震单元的结构示意图；图2是图1中一条主旋臂的局部结构示意图；图3是图2中一段主旋臂的结构示意图，示消波螺栓的位置；图4是图3的侧视图；图5是图3中一组消波螺栓的结构示意图；图6是图1中的中心柱及承托帽的结构示意图；图7是图6的俯视图；图8是图1中主旋臂窄端与承托帽的结合部的结构示意图；图9是图1中承托桩及承托帽的结构示意图；图10是图9的俯视图；图11是主旋臂凹口卡于承托帽槽中的结构示意图；图12是图11的侧视图；图13是用图1所示六角螺旋消震单元以多个单元锁定组合构成的消震网、链的实施例；图14示本发明埋设于地面下的结构示意图；图15是本发明的人造稳心的结构示意图；图16示在消震网、链边缘的主旋臂上连接有次旋臂的结构示意图；图17是图16的局部结构示意图，显示次旋臂与主旋臂的连接结构。
附图编号1.主旋臂11A.钢板11B.钢板111.斜面112.凹口12.消波螺栓组121.高强度螺栓 122.强力弹簧123.弹簧顶筒124.弹簧顶筒125.内套筒 126.外套筒127.垫圈螺母2.中心柱组件201.承托帽 202.旋槽203.中心柱3.承托桩组件301.承托帽 302.长槽303.顶筒304.螺栓螺母305.承托桩
4.螺旋消震单元5.螺旋连锁消震网、链6.次旋臂 601.螺栓螺母7.人造稳心8.地表9.土壤h.主旋臂高 h1.土壤层厚L.主旋臂长 t.主旋臂单板厚b.主旋臂中部宽度请参照图1，本发明的把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，由主旋臂1、中心柱组件2、承托桩组件3、高强度消波螺栓12组成；请参照图2图3图4图5，每一主旋臂1由两条等高的钢板11A、11B呈螺旋反“S”型弯曲构成，该两条钢板中部间距较宽，向两端逐渐变窄，两端靠紧，该两条钢板之间以多组等距交错排列的高强度消波螺栓组12连接，该消波螺栓组12的构造为在主旋臂两条钢板的对应通孔中穿入一有钉头的高强度螺栓121，该螺栓中部外套一强力弹簧122，该弹簧由分别套装于螺栓左、右端且分别焊接于两钢板内侧的弹簧顶筒123、124支承，在该弹簧及弹簧顶筒外套装有一内套筒125，该内套筒焊接于一钢板的内壁，该内套筒外套装一外套筒126，该外套筒126焊接于另一钢板的内壁，所述内、外套筒125、126的长度小于二钢板11A、11B的间距而有沿螺栓轴向移动的空间，所述螺栓121穿出主旋臂双钢板的外端以垫圈螺母127锁紧并将该螺母焊接于垫圈及螺栓头部；请同时参照图6图7图8，所述2～10条螺旋形主旋臂1各以其窄端扣搭于一中心柱组件2的承托帽201的旋槽202中，该承托帽201呈圆柱形，其顶部有与主旋臂数量相同的等分圆周的旋槽202，各旋槽202的底部呈内深外浅的斜面与主旋臂1窄端部的斜度相反的斜面111相应，该2～10条主旋臂辐射状等分圆周同向弯曲构成一螺旋消震单元4；该承托帽201下端有圆孔以松配合套装于中心柱203的顶端，该中心柱203深入地下；请同时参照图9图10图11图12，每条主旋臂由若干承托桩组件3支承，其构造为每一承托桩顶部套接一承托帽301，该承托帽301为圆柱体，其中心有一长槽302容纳主旋臂1的插入，该主旋臂的下侧边沿有一凹口112卡入承托帽的长槽302的底部实现定位，在承托帽的长槽顶部有圆孔内装螺栓螺母组304，该螺栓的中部套装有与长槽等宽的顶筒303；该承托帽下端有圆孔以松配合套接的承托桩305，该承托桩深入地下；请参照图13，若干由主旋臂1组成的螺旋消震单元4相互以主旋臂1连接，组成一庞大的螺旋连锁消震网、链5。
请参照图14，在较佳实施例中，所述主旋臂1高20m，每条主旋臂1长300～2000m，其顶部埋设于距地表5m深的地下泥土中。
请参照图16图17，在所述螺旋消震网、链5的边沿的主旋臂1外侧连接有次旋臂6，该次旋臂6为弯曲的单板，以螺栓组601固接于主旋臂1双板中的靠外侧板。
请参照图15，在所述螺旋消震网、链的平面空隙处，于地面建筑物的主要支柱所在处埋设有人造稳心7，其结构与一螺旋消震单元4相同(图15示六条主旋臂实施例)，但其尺寸可以较小，其高度可以较矮，其半径r＝5～10m。
实施时，所述主旋臂1、消波螺栓组件12、承托帽201、301、中心柱203、承托桩305、次旋臂6的材质为不锈钢。
本发明的结构特点本发明主要由主旋臂、承托桩组件和中心柱组件组成，均用抗扭抗冲击而富于弹性的不锈金属制造，使之具有良好的强韧性。整个装置埋在地表向下20m左右厚的“地震破坏层”中。
1.主旋臂由2～10条螺旋形主旋臂构成一个漩涡(图1示六条主旋臂的实施例)。
主旋臂的中点在两个漩涡的边缘的交接处，两端搭在两个漩涡的中心柱上，整条旋臂由两条螺旋形旋臂相连而成，呈反“S”型(见图1)。它的中点最宽，两端最窄。由于“地震破坏层”的深度在20m左右，它顶部离地表的距离定为5m，其高度h＝20m，其中点宽度b＝0.8m(b∶h＝1∶25)，其长度L＝1600m(设一个漩涡半径R＝500m)；它由两块厚度t＝0.05m的不锈钢板组成。这些具体数字，除其高度定死不变外，以“以震不颤，大震微颤”为准进行计算时，可作相应变更。
在主旋臂壁面(钢板)布上不锈钢高强度消波螺栓(见图3)。在螺栓上套上不锈钢强力弹簧、不锈钢弹簧顶筒和不锈钢内外套筒(见图5)。而构成主旋臂壁的钢板的连接，则采用不锈钢高强度螺栓。
主旋臂实质上是由消波壁(钢板)，消波弹簧和消波套筒组成。这样，当水平地震波冲击主旋臂壁面时，须过四道关口第一道关口是主旋臂壁面，由于主旋臂是螺旋形而非正圆形，其旋弧切线均与任何方向的水平地震波不成直角，从而使水平地震波偏斜而扩散、削弱；第二道关口是强力弹簧，使已削弱的水平地震波更弱；第三道关口是能伸缩的内外套筒，使更弱的水平地震波更更弱；第四道关口是主旋臂另一壁面，使更更弱的水平地震波更更更弱。而且，消波螺栓在消波的同时又增大主旋臂壁面的刚度。
由于主旋臂之间的间距在漩涡边缘最大，因而它在这里的宽度亦需增大，以便更有效地抵抗水平地震波的冲击。由于它在这里的宽度最大而向漩涡中心的那一端最窄，当水平地震波由这里向内里冲击时，又可增大它两侧与地层之间的摩擦阻力而起消解地震波的作用。
这样一种结构的主旋臂具有多功能消震性，而且不是一条，而是无数条，组成庞大的螺旋消震网、链。
2.承托桩主旋臂由不锈钢圆柱形承托桩承托。
承托桩的直径由下面三个因素决定(1)能承托主旋臂的重量；(2)符合受压构件的容许长细比；(3)达到“小震不颤，大震微颤”的目的。
承托桩应尽量加大直径并用管柱，以增大桩的摩擦力和稳定性。
承托桩的顶端套一个能适当转动的承托帽(见图9、图10)，主旋臂在每根承托桩的地方留一与此帽直径稍大些的向下的凹口，卡于此帽的槽中(见图11、图12)。
承托桩全置于“安定层”中，当水平地震波冲击主旋臂壁面——侧压来临时，能起稳定主旋臂的作用并使纵向地震波通过它向主旋臂传递而分散、消失。
3.中心柱中心柱亦是不锈钢圆柱形，设在漩涡中心，承托主旋臂的窄端。其顶端亦套一个能适当转动的承托帽。帽上的承托旋槽应比主旋臂的窄端稍宽，以使其窄端在槽内有一定松动性。并且旋槽底由里向外成向上的斜坡；主旋臂窄端的下部则由外向里成一向下斜坡，扣搭于旋槽底部。这样，有利于消解地震波。
4.螺旋连锁消震网、链关于螺旋消震网、链的组合形式，以六角形较为合理。我们从蜂窝的六角形可以看出其合理性。所以，在新城规划区或现有居住区采用六角螺旋连锁消震网、链是合理的。根据城市规模和抗震需要，要多大就多大。
5.次旋臂处于螺旋消震网、链边缘的主旋臂，其外侧应辅以次旋臂，用以首挡地震力之旋扭或冲击。
权利要求
1.一种把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，其特征在于它由主旋臂、中心柱组件、承托桩组件、高强度消波螺栓组成；a.每一主旋臂由两条等高的钢板呈螺旋反“S”型弯曲构成，该两条钢板中部间距较宽，向两端逐渐变窄，两端靠紧，该两条钢板之间以多组等距交错排列的高强度消波螺栓组连接，该消波螺栓组的构造为在主旋臂两条钢板的对应通孔中穿入一有钉头的高强度螺栓，该螺栓中部外套一强力弹簧，该弹簧由分别套装于螺栓左、右端且分别焊接于两钢板内侧的弹簧顶筒支承，在该弹簧及弹簧顶筒外套装有一内套筒，该内套筒焊接于一钢板的内壁，该内套筒外套装一外套筒，该外套筒焊接于另一钢板的内壁，所述内、外套筒的长度小于二钢板的间距而有沿螺栓轴向移动的空间，所述螺栓穿出主旋臂双钢板的外端以垫圈螺母锁紧并将该螺母焊接于垫圈及螺栓头部；b.2～10条螺旋形主旋臂各以其窄端扣搭于一中心柱组件的承托帽的旋槽中，该承托帽呈圆柱形，其顶部有与主旋臂数量相同的等分圆周的旋槽，各旋槽的底部呈内深外浅的斜面与主旋臂窄端部的斜度相反的斜面相应，该2～10条主旋臂辐射状等分圆周同向弯曲构成一螺旋消震单元；该承托帽下端有圆孔以松配合套装于中心柱的顶端，该中心柱深入地下；c.每条主旋臂由若干承托桩组件支承，其构造为每一承托桩顶部套接一承托帽，该承托帽为圆柱体，其中心有一长槽容纳主旋臂的插入，该主旋臂的下侧边沿有一凹口卡入承托帽的长槽的底部实现定位，在承托帽的长槽顶部有一圆孔内装螺栓组，该螺栓的中部套装有与长槽等宽的顶筒；该承托帽下端有圆孔以松配合套装于承托桩的顶部，该承托桩深入地下；d.若干由主旋臂组成的螺旋消震单元相互以主旋臂连接，组成一庞大的螺旋连锁消震网、链。
2.如权利要求1所述的把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，其特征在于所述主旋臂高20m，每条主旋臂长300～2000m，其顶部埋设于距地表5m深的地下泥土中。
3.如权利要求1所述的把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，其特征在于在所述螺旋消震网、链的边沿的主旋臂外侧连接有次旋臂，该次旋臂为弯曲的单板，以螺栓组固接于主旋臂双板中的靠外侧板。
4.如权利要求1所述的把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，其特征在于在所述螺旋连锁消震网、链的平面空隙处，于地面建筑物的主要支柱所在处埋设有人造稳心，其结构与一螺旋消震单元相同，但其尺寸可以较小，其高度可以较矮，其半径r＝5～10m。
5.如权利要求1所述的把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，其特征在于所述主旋臂的数量为6条。
6.如权利要求1所述的把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链，其特征在于所述主旋臂、消波螺栓组件、承托帽、中心柱、承托桩、次旋臂的材质为不锈钢。
全文摘要
一种把破坏性地震化为非破坏性的螺旋连锁消震网、链,由2～10条多功能消震性的螺旋形主旋臂构成一个螺旋消震单元,进而构成庞大的螺旋连锁消震网、链,用具有良好强韧性的不锈钢制造,埋设在新城规划区或现有居住区的地表向下20m左右厚的“地震破坏层”中。本发明可实现“小震不颤,大震微颤”,把破坏性地震化为非破坏性的,从而使其上的建筑物不倒塌,使人民生命财产和人类文明从根本上免遭地震伤毁,基本消除人类第一大自然灾害—地震带来的可怕厄运。
文档编号E02D31/00GK1275662SQ0010574
公开日2000年12月6日 申请日期2000年4月10日 优先权日2000年4月10日
发明者何代文 申请人:何代文