回收的網球可以保護建築物免受地震破壞

一種低成本設計有助於搖晃的建築物滾動停止

Tennis balls.

DI Photography/Getty Images

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地震無法預測,但工程師可以為此做好準備。舊金山市政廳等高風險地區某些建築物的底部內建了隔震系統,該系統使用混凝土、橡膠和金屬的複雜結構來減少地震破壞,方法是吸收地面的水平振盪,就像汽車的懸架吸收垂直運動一樣。

但是,這種改造非常昂貴。加州大學洛杉磯分校的工程師張建表示,採用隔震技術可能會使建造成本增加高達 20%。儘管這些系統從長遠來看可能會節省更多成本,但在一些地震多發地區,建築商可能沒有足夠的預算來預先採用它們。

一種新的隔震方法利用滾動的物理原理,以現成的材料(回收的網球)創造了一種更簡單、更低成本的替代方案。“每個人都打網球,但他們不知道每場比賽後如何處理網球,”蘇黎世聯邦理工學院地震工程師 Michalis Vassiliou 說。


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Vassiliou 的團隊的方法基於一種早期的隔震形式,該形式使搖晃的建築物滾動停止,就像滑板運動員在半管滑道中最終靜止一樣。透過用一層球體或圓柱體在凹形壓痕中將建築物與地面分離,滾動隔離將不規則的水平晃動轉換為輕柔的搖擺運動,並利用摩擦進一步抑制這些振盪。這種方法曾在 5000 年前的秘魯金字塔中使用過,但如今建築商更喜歡昂貴的標準化隔離系統。

對於他們對滾動隔震的現代改造,詳細資訊發表在《建築環境前沿上,研究人員將類似水泥的混合物注入數百個來自附近網球俱樂部的失去彈性的網球中。他們建造了一個廉價的原型,由夾在兩個混凝土板之間的四個填充網球組成,他們發現該原型在承受模擬地震晃動的同時,每個球可承受八千牛頓的力——大約是隔震系統在一層房屋下可能承受力的兩倍。球必須包含恰到好處的混合物量(研究人員使用糕點袋填充它們),以抑制振動而不會在測試期間破裂。

未參與這項研究的張建表示,這項工作很有價值,這種技術可能會滿足尚未滿足的需求。但她指出,結果是初步的。Vassiliou 對此表示贊同;下一步將意味著在地震多發國家古巴的一個研究中心建立和測試一個更大的原型,其中包含數百個網球——這是一個例子,說明這種系統可以使隔震在普通建築中可行。

Vassiliou 說,他已獲得資金用於現場測試該系統,並與當地科學家合作完善這項發明。“為了真正實現這一點,”他補充道,“您需要與低收入國家的工程師一起開發它,以便它真正滿足他們的需求。”

Maddie Bender 是一位科學作家,也是夏威夷公共廣播電臺的製片人。她是 2021 年《大眾科學》的 AAAS 大眾媒體研究員。

更多作者:Maddie Bender
大眾科學雜誌第 326 卷第 1 期這篇文章最初以“減震器”為標題發表在《大眾科學》雜誌第 326 卷第 1 期(),第 16 頁
doi:10.1038/scientificamerican0122-16a
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