[发明专利]利用掩埋的共振柱的地震波防尘壁

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种用于保护建筑物免受地震影响的抗震装置，更具体地涉及一种用于保护抗震屏障或者地震阴影区之外的建筑物的技术，这种技术通过在建筑物之外掩埋多根共振柱从而用作抗震屏障或者地震阴影区来阻止地震波的传播，而不是在建筑物本身中安装抗震装置。 

背景技术

地震是不可避免的典型自然灾害中的一种，并且对财产，最重要的是对那些居住在地震带或地震带附近的居民造成威胁。为了减少地震所引发的破坏，已经进行了许多关于建筑物抗震设计(包括早期地震警告系统)的研究。因此，相当有效地防止了居住在地震带或地震带附近的居民受到地震影响。 

然而，每年全世界仍然有成千上万的人在地震中死亡或受伤。近年来于2011年3月11日发生在日本本州岛仙台的东海岸的地震说明了无论抗震设计如何优秀，建筑物永远不会是安全而不受地震危险的影响的。 

现有的抗震构造方法是在最初建造建筑物时针对建筑物本身采用诸如抗震、隔震和减震等的抗震技术。然而，这些抗震构造方法应向每个建筑物单独提供，因此成本很高。因此，应该提供一种独立的方法，该方法能够保护建筑群或者明显改善甚至针对之前建造的建筑物的抗震保护。 

本发明涉及一种降低地震破坏的方法，这种方法基于完全区别于现有的传统抗震设计的新颖设计。现有方法是在地震波到达建筑物之后对每个建筑物进行独立保护的点保护，而本发明的方法是区域保护方法，该方法在地震波到达一个或多个建筑物之前提前中断地震波并且保护一片区域。为此，对应于地震波频率的共振柱被掩埋在地震波路径上。这种结构在地震波经过共振柱时吸收地震波并且防止较强的地震波到达建筑物。本发明的这种效果在于利用近年来学术界所积极研究的声学材料的原理。 

地震波从根本上来说是一种声波。在所有声波经过共振柱之后，接近共振频率的 声波被吸收，并且不能经过这些结构。该原理来自声学材料。然而，至今还没有将声学材料原理应用于防止地震破坏的技术的示例。 

发明内容

技术问题 

现有的抗震设计保护建筑物本身。这种设计与建筑物的基本结构相关联，并且因此在将抗震设计应用于之前建造的建筑物以提高其抗震性时产生很多费用。特别是，一旦诸如原子能发电厂或钢厂的现有建筑完工并投入使用，则很难改变抗震设计来提高其抗震性。 

因此，本发明已经考虑了相关领域中的上述问题，并且拟通过在建筑物周围掩埋共振柱的方式来安装抗振动屏障，并且共同保护所有建筑物，在这些建筑物周围埋有能够在地震波到达建筑物之前减弱地震波的抗震屏障。 

技术方案 

本发明提供了一种通过将多根共振柱(100)掩埋和堆积在地下而形成的抗震屏障(150)，其中每个共振柱被平面的屏障部分(1)或弯曲的屏障部分(2)封闭以形成内部腔体，并且平面的屏障部分或弯曲的屏障部分中的至少一者具有至少一个用于从腔体外部与腔体连通的贯通部分(10)。抗震屏障的形状可以是圆形、半圆形和杆形等，并且与待被保护的区域匹配。 

共振柱将电气工程的电感电容LC振荡器实施成机械工程的电感电容振荡器。地震波的能量穿过共振柱前进，并且被转化成声能和热能。因此，当地震波经过多根共振柱时，地震波的震级突然以指数方式减少。 

随着地震屏障的宽度增加，增加了地震波的震级的减少程度。当地震波的振波在李希特量表的基础上被认定为3级时，地震屏障的宽度应该如方程10所示，近似于地震波的波长。地震波的波长不是恒定的，但通常可以被近似为100m。 

根据地震屏障的长度来确定共振柱的数量。如图8中所示，发生了衍射现象，其中地震波在地震屏障的一个端部处发生弯曲。因此，当地震屏障的长度应该比地震波的波长还要长时，加宽了受保护的区域。 

共振柱(100)可以具有圆柱形状、六面体形状、八面体形状或球形形状。共振 柱的共振频率与地震波的共振频率相匹配，并且通过三个因素来确定，即共振柱的内部体积、共振柱的入口的贯通部分的面积和贯通部分的长度，而与共振柱的形状无关。随着入口的面积变得更大，内部体积变得更小，并且贯通部分的长度变得更短，高频率被阻隔。当存在多个贯通部分时，共振柱遵循电路的串联和并联连接的组合方式。 

当共振柱如图5和图6所示，以4排4列的方式进行掩埋和堆放时，内部的空的空间用作电容器，并且因此无论共振柱的形状如何都应该是空的。每个共振柱的贯通部分朝向该空的空间开孔，并且因此共振柱借助于贯通部分互连。