本发明公开了一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统及方法，系统包括预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块和主动调整部件，主动调整部件包括多组，在高层建筑物桩筏基础的每根桩桩顶与筏板交界面设置一组，所述主动调整部件根据所述预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块反馈的地震信息，主动调整上部结构与桩筏基础的减隔震能力和建筑物差异沉降。本发明一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，不仅能够接收地震预警系统发出的预警信息，主动控制水平向减隔震支座震时有效抵抗水平荷载，减少高层建筑所受地震损害；同时能够调平震后建筑物差异沉降，延长震害频发地区建筑安全使用的寿命。
1.一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于，包括：预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块；
主动调整部件，包括多组，在高层建筑物桩筏基础的每根桩桩顶与筏板交界面设置一组，所述主动调整部件根据所述预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块反馈的地震信息，主动调整桩筏基础的减隔震能力和建筑物差异沉降，所述主动调整部件包括：水平向减隔震支座和位于所述水平向减隔震支座上部的竖向刚度调节器，其中，所述水平向减隔震支座包括：
底板，位于所述连接钢板的下方，其上底面设有第二连接凹板；
所述第一连接凹板的下表面形成有第一弧形凹面，第二连接凹板的上表面形成有第二弧形凹面，第一弧形凹面和第二弧形凹面上、下对称布置形成隔腔；
钢球，设置在第一弧形凹面和第二弧形凹面之间的所述隔腔中；
限位器，当没有发生地震时，所述限位器能够限制所述连接钢板和所述底板之间在水平方向相对运动；当发生地震时，所述限位器能够被取消，以使上部结构与桩筏基础之间在水平方向实现相对运动，限制地震能量向上传递；
粘滞阻尼材料注入设备，其信号接收端与所述预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块信号连接，其粘滞阻尼材料注入端通过注浆通道与所述隔腔相连；
第二筒形支座，同轴布置在所述第一筒形支座的内部，所述第一筒形支座、第二筒形支座以及所述连接钢板之间形成环槽，所述环槽内从槽底往上依次设置有电加热单元和低熔点合金；
盖板，位于所述竖向刚度调节器的最上部，盖板的下底面设有环形支撑，所述环形支撑插入所述环槽内与所述低熔点合金压紧连接；
所述第二筒形支座的筒壁上设有导出孔，所述导出孔将所述环槽和第二筒形支座内腔连通。
2.根据权利要求1所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于，第一弧形凹面和第二弧形凹面之间形成四个所述隔腔，每个所述隔腔中放置有一个所述钢球。
3.根据权利要求1所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于，所述限位器为设置在所述第二连接凹板四周的多个可伸缩拉杆，所述可伸缩拉杆平时处于拉伸状态，限制所述连接钢板和所述底板之间产生水平方向相对运动；震时主动打开，拉杆处于收缩状态，使所述连接钢板和所述底板之间产生相对水平运动。
4.根据权利要求1所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于：所述电加热单元为均匀布置在所述低熔点合金底部的电阻丝加热装置。
5.根据权利要求1所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于：所述注浆通道开设在第一连接凹板的侧壁或第二连接凹板的侧壁上。
6.根据权利要求1所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于：所述第二筒形支座的筒壁上沿周向均匀开设多个所述导出孔。
7.根据权利要求1所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于：所述粘滞阻尼材料为聚脲类有机材料。
8.一种主动减隔震与震后修复方法，基于权利要求1 7中任一所述的基于超前预警的~
桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：当地震发生时，预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块接收地震预警系统发出的预警信息，评估建筑物在本次地震中所受损伤程度并计算抵御此次震害所需粘滞阻尼材料的体积；在地震波到达建筑物前控制限位器取消对所述连接钢板和所述底板之间在水平方向运动的限制，并通过注浆通道注入抵御本次震害所需粘滞阻尼材料，确保上部结构变形优化调节；
步骤二：地震波到来时，钢球在地震作用下发生滚动，使上部建筑与桩筏基础之间实现相对运动，限制地震波能量向上传递；
步骤三：地震结束后，需要调节建筑物差异沉降时通过对多组所述主动调整部件中，处于高位的所述主动调整部件中电加热单元加热所述低熔点合金，使其达到熔点后熔化并通过导出孔流出，带动上部盖板下降，实现调节器变形的功能，进而调节建筑物差异沉降过大区域，保证建筑物正常使用。
9.根据权利要求8所述的主动减隔震与震后修复方法，其特征在于，步骤三中，通过在所述盖板和筏板之间设置应力传感器，控制器接收所述应力传感器检测到的应力大小，与控制器内预设的应力大小进行比较，判断所述主动调整部件是否处于高位。
一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统及
方法
技术领域
[0001] 本发明属于基础工程技术领域，具体涉及一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统。
背景技术
[0002] 由于我国处于太平洋与欧亚地震带间，占有约全球陆地33%的破坏地震区，地震灾害强度大且频繁，严重危害人民生命财产安全。在强烈地震中，地震波会通过建筑物桩筏基
础向上部结构传递，引起上部结构水平剪切破坏，同时引起桩筏基础的竖向差异沉降，影响
灾后建筑物的正常使用。目前地震预警系统在社会各领域已广泛应用，为建筑物抗震提供
了预警“黄金时间差”。但是很少有针对不同震害等级，调整上部结构与桩筏基础之间的连
接刚度，主动抵御地震灾害的减隔震技术。因此，在地震波传递至建筑物前的预警“黄金时
间差”内，在基础与上部结构之间采用合理的减隔震技术，兼具震后差异沉降修复功能显得
尤为重要。
[0003] 然而，现有的传统减隔震设计功能单一，主要通过基底隔震和悬挂隔震等措施来抵御地震作用，例如隔震橡胶支座，磁式滑移支座等。由于震级大小和震源位置的不确定
性，传递至高层建筑的地震波能量往往具有显著的差异性。传统减隔震设计虽能减轻震害，
却无法根据不同的震害程度主动调节桩筏基础与上部结构之间的连接刚度。单一的、固定
的、被动的减隔震技术，其抗震减灾效果不理想；另一方面，地震往往引起建筑物桩筏基础
的差异沉降，影响灾后建筑物的正常使用，而传统的减隔震支座尚未考虑灾后建筑沉降调
节功能。
[0004] 因此急需提出一种基于超前预警的桩筏基础水平向减隔震与竖向差异沉降修复系统，既能利用地震预警系统发出的预警，在地震波到达建筑物前，根据不同的预估震害程
度分量级提升建筑物的抗震能力，又能兼具修复地震引起的基础竖向差异沉降，由此减轻
地震灾害对建筑物造成的不利影响及损失。
发明内容
[0005] 为解决上述问题，本发明公开了一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，该系统能够结合地震预警系统的大数据，广泛用于建筑物桩筏基础抗震工程和
震后修复中，以达到保证建筑物安全运行的目的。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] 一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，包括：
[0008] 预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块；
[0009] 主动调整部件，包括多组，在高层建筑物桩筏基础的每根桩桩顶与筏板交界面设置一组，所述主动调整部件根据所述预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块反馈的地震
信息，主动调整桩筏基础的减隔震能力和建筑物差异沉降，所述主动调整部件包括：
[0010] 水平向减隔震支座和位于所述水平向减隔震支座上部的竖向刚度调节器，其中，所述水平向减隔震支座包括：
[0011] 连接钢板，其下底面设有第一连接凹板；
[0012] 底板，位于所述连接钢板的下方，其上底面设有第二连接凹板；
[0013] 所述第一连接凹板的下表面形成有第一弧形凹面，第二连接凹板的上表面形成有第二弧形凹面，第一弧形凹面和第二弧形凹面上、下对称布置形成隔腔；
[0014] 钢球，设置在第一弧形凹面和第二弧形凹面之间的所述隔腔中；
[0015] 限位器，当没有发生地震时，所述限位器能够限制所述连接钢板和所述底板之间在水平方向相对运动；当发生地震时，所述限位器能够被取消，以使所述上部结构与桩筏基
础之间在水平方向实现相对运动，限制地震能量向上传递；
[0016] 粘滞阻尼材料注入设备，其信号接收端与所述预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块信号连接，其粘滞阻尼材料注入端通过注浆通道与所述隔腔相连；
[0017] 竖向刚度调节器，包括：
[0018] 第一筒形支座，其竖向设置在所述连接钢板之上；
[0019] 第二筒形支座，同轴布置在所述第一筒形支座的内部，所述第一筒形支座、第二筒形支座以及所述连接钢板之间形成环槽，所述环槽内从槽底往上依次设置有电加热单元和
低熔点合金；
[0020] 盖板，位于所述竖向刚度调节器的最上部，盖板的下底面设有环形支撑，所述环形支撑插入所述环槽内与所述低熔点合金压紧连接；
[0021] 所述第二筒形支座的筒壁上设有导出孔，所述导出孔将所述环槽和第二筒形支座内腔连通。
[0022] 第一弧形凹面和第二弧形凹面之间形成四个所述隔腔，每个所述隔腔中放置有一个所述钢球。
[0023] 所述限位器为设置在所述第二连接凹板四周的多个可伸缩拉杆，所述可伸缩拉杆平时处于拉伸状态，限制所述连接钢板和所述底板之间产生水平方向相对运动；震时主动
打开，拉杆处于收缩状态，使所述连接钢板和所述底板之间产生相对水平运动。
[0024] 所述电加热单元为均匀布置在所述低熔点合金底部的电阻丝加热装置。
[0025] 所述注浆通道开设在第一连接凹板的侧壁或第二连接凹板的侧壁上。
[0026] 所述第二筒形支座的筒壁上沿周向均匀开设多个所述导出孔。
[0027] 所述粘滞阻尼材料为聚脲类有机材料。
[0028] 一种主动减隔震与震后修复方法，基于所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，包括以下步骤：
[0029] 步骤一：当地震发生时，预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块接收地震预警系统发出的预警信息，评估建筑物在本次地震中所受损伤程度并计算抵御此次震害所需粘
滞阻尼材料的体积；在地震波到达建筑物前控制限位器取消对所述连接钢板和所述底板之
间在水平方向运动的限制，并通过注浆通道注入抵御本次震害所需粘滞阻尼材料，确保上
部结构变形优化调节；
[0030] 步骤二：地震波到来时，钢球在地震作用下在所述第一弧形凹面和第二弧形凹面之间形成四个所述隔腔中发生滚动，使上部建筑与桩筏基础之间实现相对运动，限制地震
波能量向上传递，做到减震消能；
[0031] 步骤三：地震结束后，需要调节建筑物差异沉降时通过对多组所述主动调整部件中，处于高位的主动调整部件中电加热单元加热所述低熔点合金，使其达到熔点后熔化并
通过导出孔流出，带动上部盖板下降，实现竖向刚度调节器变形的功能，进而调节建筑物差
异沉降过大区域，保证建筑物正常使用。
[0032] 步骤三中，通过在所述盖板和筏板之间设置应力传感器，控制器接收所述应力传感器检测到的应力大小，与控制器内预设的应力大小进行比较，判断所述主动调整部件是
否处于高位。
[0033] 本发明的有益效果是：
[0034] 第一．本发明所述的一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统及方法，地震预警信息接收后，建筑物损伤程度评估模块计算建筑物的地震损伤程度，取消限
位器，水平向减隔震支座震时使建筑物基础与上部结构之间实现相对运动，有效减少地震
荷载向上传递；
[0035] 第二．利用预警“黄金时间差”，在地震波到达建筑物前水平向减隔震支座分量级释放粘滞阻尼材料，控制支座调节水平变形的能力；所述粘滞阻尼材料起到限位、消能和复
位功能，延长结构的自振周期，减小其地震效应，进而做到减震消能；
[0036] 第三．竖向刚度调节器主要用于震后修复建筑物产生的不均匀沉降，调平建筑物基础，使建筑物震后恢复正常使用。
附图说明
[0037] 图1是本发明基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统的工作流程图
[0038] 图2是本发明水平减隔震支座与竖向刚度调节器剖面图
[0039] 图3是本发明水平减隔震支座结构示意图；
[0040] 图4是本发明竖向刚度调节器结构示意图；
[0041] 附图标记列表：
[0042] 1.盖板；1‑1.环形支撑；2‑1. 第一筒形支撑；2‑2. 第二筒形支撑；3.低熔点合金；4.电加热单元；5.导出孔；6. 连接钢板；7‑1.第一连接凹板；7‑2.第二连接凹板；8.注浆通
道；9.钢球；10.限位器；11.底板。
具体实施方式
[0043] 下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“左”、
“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件
几何中心的方向。
[0044] 如图所示，本发明所述的是一种基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，包括：
[0045] 预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块；
[0046] 主动调整部件，包括多组，在高层建筑物桩筏基础的每根桩桩顶与筏板交界面设置一组，所述主动调整部件根据所述预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块反馈的地震
信息，主动调整桩筏基础的减隔震能力和建筑物差异沉降，所述主动调整部件包括：
[0047] 水平向减隔震支座和位于所述水平向减隔震支座上部的竖向刚度调节器，其中，所述水平向减隔震支座包括：
[0048] 连接钢板6，其下底面设有第一连接凹板7‑1；
[0049] 底板11，位于所述连接钢板6的下方，其上底面设有第二连接凹板7‑2；
[0050] 所述第一连接凹板7‑1的下表面形成有第一弧形凹面，第二连接凹板7‑2的上表面形成有第二弧形凹面，第一弧形凹面和第二弧形凹面上、下对称布置形成隔腔；
[0051] 钢球9，设置在第一弧形凹面和第二弧形凹面之间的所述隔腔中；
[0052] 限位器10，当没有发生地震时，所述限位器10能够限制所述连接钢板6和所述底板11之间在水平方向相对运动；当发生地震时，所述限位器10能够被取消，以使所述上部结构
与桩筏基础之间在水平方向实现相对运动，限制地震能量向上传递；
[0053] 粘滞阻尼材料注入设备，其信号接收端与所述预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块信号连接，其粘滞阻尼材料注入端通过注浆通道8与所述隔腔相连；
[0054] 竖向刚度调节器，包括：
[0055] 第一筒形支座2‑1，其竖向设置在所述连接钢板6之上；
[0056] 第二筒形支座2‑2，同轴布置在所述第一筒形支座2‑1的内部，所述第一筒形支座2‑1、第二筒形支座2‑2以及所述连接钢板6之间形成环槽，所述环槽内从槽底往上依次设置
有电加热单元和低熔点合金3；
[0057] 盖板1，位于所述竖向刚度调节器的最上部，盖板1的下底面设有环形支撑1‑1，所述环形支撑1‑1插入所述环槽内与所述低熔点合金3压紧连接；
[0058] 所述第二筒形支座2‑2的筒壁上设有导出孔5，所述导出孔5将所述环槽和第二筒形支座2‑2内腔连通。
[0059] 作为本发明的一个优选实施例，第一弧形凹面和第二弧形凹面之间形成四个所述隔腔，每个所述隔腔中放置有一个所述钢球9。
[0060] 作为本发明的一个优选实施例，所述限位器10为设置在所述第二连接凹板四周的多个可伸缩拉杆，所述可伸缩拉杆平时处于拉伸状态，限制所述连接钢板和所述底板之间
产生水平方向相对运动；震时主动打开，拉杆处于收缩状态，使所述连接钢板和所述底板之
间产生相对水平运动。
[0061] 作为本发明的一个优选实施例，所述电加热单元4为均匀布置在所述低熔点合金底部的电阻丝加热装置。
[0062] 作为本发明的一个优选实施例，所述注浆通道8开设在第一连接凹板7‑1的侧壁或第二连接凹板7‑2的侧壁上。
[0063] 作为本发明的一个优选实施例，所述第二筒形支座2‑2的筒壁上沿周向均匀开设多个所述导出孔。
[0064] 作为本发明的一个优选实施例，所述粘滞阻尼材料为聚脲类有机材料。其具有一定粘度且粘度不随温度变化而变化；抗压性能好、具有高阻尼、化学性能稳定；不具有腐蚀
性、不挥发、由人工合成且绿色、环保、无害。粘滞阻尼材料的粘弹性主要表现在当受到外力
时，材料中分子之间会产生相对运动，进而产生拉伸、扭曲、剪切等变形；弹性表现在当外力
结束后，分子之间要恢复原位，释放外力所作的功；粘性表现在有些分子不能完全恢复，这
就导致永久变形，所以此种材料具有存储、耗散能量的功能。
[0065] 该粘滞阻尼材料增大了滚球受迫振动回复到平衡点的耗能能力，能够在振动发生以后自行缓慢恢复，具有很好的消能效果。
[0066] 本发明基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统的工作方法是：
[0067] 当地震发生时，地震信息被地震台网率先监测到，并通过地震预警系统向全社会发出预警。此时，本系统中预警信息接收及建筑物损伤程度评估模块能够接收预警信息，根
据震源震级大小、预估烈度、震中距、地震横波到达时间计算出本次地震传递至建筑物时，
建筑物所受震害程度和抵御此次震害所需粘滞阻尼材料的体积。在地震波到达建筑物前，
控制限位器10的拉杆收缩，取消对水平减隔震支座的限制，并通过注浆通道8注入粘滞阻尼
材料，确保上部结构变形优化调节。
[0068] 地震波到来时，钢球9在上、下两块连接凹板形成的隔腔内滚动，使上部结构与基础实现相对运动，限制地震能量向上传递，做到减震消能。
[0069] 地震结束后，基础产生不均匀沉降，电加热单元5加热低熔点合金4，使其达到熔点后熔化成液体通过导出孔5流出，上部盖板1下降，实现调节器变形的功能。进而调节建筑物
差异沉降过大区域，保证建筑物正常使用。通过在所述盖板和筏板之间设置应力传感器，控
制器接收所述应力传感器检测到的应力大小，与控制器内预设的应力大小进行比较，判断
所述主动调整部件是否处于高位。
[0070] 本发明所述的基于超前预警的桩筏基础主动减隔震与震后修复系统，能够接受地震预警系统发出的预警信息，在地震波到达建筑物前主动使水平向减隔震支座进入工作状
态；利用水平向减隔震支座有效减小、消散地震能量，防止地震波向上传递破坏上部结构；
竖向刚度调节器可以调平基础在震后产生的不均匀沉降，使建筑物在震后可以恢复正常使
用。
[0071] 整个系统不仅能够及时、有效抵抗震时水平位移，减少高层建筑地震损害，具有较高的承载力和良好的隔震减震性；同时能够降低后期建筑物修复难度，延长震害频发地区
建筑安全使用的寿命。
[0072] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
