回收的网球可以保护建筑物免受地震破坏

一种低成本设计有助于摇晃的建筑物滚动停止

Tennis balls.

DI Photography/Getty Images

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地震无法预测,但工程师可以为此做好准备。旧金山市政厅等高风险地区某些建筑物的底部内置了隔震系统,该系统使用混凝土、橡胶和金属的复杂结构来减少地震破坏,方法是吸收地面的水平振荡,就像汽车的悬架吸收垂直运动一样。

但是,这种改造非常昂贵。加州大学洛杉矶分校的工程师张建表示,采用隔震技术可能会使建造成本增加高达 20%。尽管这些系统从长远来看可能会节省更多成本,但在一些地震多发地区,建筑商可能没有足够的预算来预先采用它们。

一种新的隔震方法利用滚动的物理原理,以现成的材料(回收的网球)创造了一种更简单、更低成本的替代方案。“每个人都打网球,但他们不知道每场比赛后如何处理网球,”苏黎世联邦理工学院地震工程师 Michalis Vassiliou 说。


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Vassiliou 的团队的方法基于一种早期的隔震形式,该形式使摇晃的建筑物滚动停止,就像滑板运动员在半管滑道中最终静止一样。通过用一层球体或圆柱体在凹形压痕中将建筑物与地面分离,滚动隔离将不规则的水平晃动转换为轻柔的摇摆运动,并利用摩擦进一步抑制这些振荡。这种方法曾在 5000 年前的秘鲁金字塔中使用过,但如今建筑商更喜欢昂贵的标准化隔离系统。

对于他们对滚动隔震的现代改造,详细信息发表在《建筑环境前沿上,研究人员将类似水泥的混合物注入数百个来自附近网球俱乐部的失去弹性的网球中。他们建造了一个廉价的原型,由夹在两个混凝土板之间的四个填充网球组成,他们发现该原型在承受模拟地震晃动的同时,每个球可承受八千牛顿的力——大约是隔震系统在一层房屋下可能承受力的两倍。球必须包含恰到好处的混合物量(研究人员使用糕点袋填充它们),以抑制振动而不会在测试期间破裂。

未参与这项研究的张建表示,这项工作很有价值,这种技术可能会满足尚未满足的需求。但她指出,结果是初步的。Vassiliou 对此表示赞同;下一步将意味着在地震多发国家古巴的一个研究中心创建和测试一个更大的原型,其中包含数百个网球——这是一个例子,说明这种系统可以使隔震在普通建筑中可行。

Vassiliou 说,他已获得资金用于现场测试该系统,并与当地科学家合作完善这项发明。“为了真正实现这一点,”他补充道,“您需要与低收入国家的工程师一起开发它,以便它真正满足他们的需求。”

Maddie Bender 是一位科学作家,也是夏威夷公共广播电台的制片人。她是 2021 年《大众科学》的 AAAS 大众媒体研究员。

更多作者:Maddie Bender
大众科学杂志第 326 卷第 1 期这篇文章最初以“减震器”为标题发表在《大众科学》杂志第 326 卷第 1 期(),第 16 页
doi:10.1038/scientificamerican0122-16a
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