[发明专利]一种具有低频减震特性的菱型地震超材料

说明书

本发明公开了一种具有低频减震特性的菱型地震超材料，菱型地震超材料由若干地震超材料结构单胞通过向平行于板面的两个特定方向上延拓构成，菱型地震超材料中心设置的中心圆柱之间相互构成类似蜂窝状，菱型地震超材料布置于建筑物周围地表，利用带隙特性对0～20Hz的地震表面波进行有效衰减。本发明可用于建筑物周围地表布置地震超材料，利用其带隙特性，在地震中源场中，对地震波进行有效衰减，从而达到保护建筑物的作用。

技术领域

本发明属于地震减震技术领域，具体涉及一种具有低频减震特性的菱型地震超材料。

背景技术

地震是地球介质运动引起的激烈事变，大地震在短时间内释放出大量的能量，在极震区里，10-20s就完成毁灭性的破坏，对人们的生命财产安全造成巨大威胁。我国的地震活动表现为震源浅、分布广、频度高、强度大，是一个震灾严重的国家。且在当前，科技水平还无法对地震的到来做出准确预测，因此，对于地震，提高建筑物抵御地震的能力显得尤为重要。

现有建筑物抗震中常见措施主要为减震消能、结构抗震及隔震等方法的使用；其中最为常用的是减震消能技术，减震消能技术主要为各种阻尼器的使用，阻尼器与主体结构常常结合在一起，将地震能量引向特别的装置进行消耗，以保护主体结构安全，但其同时由于常常与建筑物相结合，地震到达建筑物时，能量往往很巨大，减震效果具有局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有低频减震特性的菱型地震超材料，具有经济、易于布置以及优异的低频减震性能。

本发明采用以下技术方案：

一种具有低频减震特性的菱型地震超材料，菱型地震超材料由若干地震超材料结构单胞通过向平行于板面的两个特定方向上延拓构成，菱型地震超材料中心设置的中心圆柱之间相互构成类似蜂窝状，菱型地震超材料布置于建筑物周围地表，利用带隙特性对0～20Hz的地震表面波进行有效衰减。

具体的，地震超材料结构单胞包括立方体，中心圆柱设置在立方体内，中心圆柱的侧面包覆包覆层形成复合材料圆柱，复合材料圆柱的上下基面均分别平齐于立方体的上表面和下表面。

进一步的，立方体的截面为中心有通孔的菱形结构，复合材料圆柱与立方体的通孔同轴心分布。

更进一步的，包覆层的内壁与外壁分别连接中心圆柱的外壁与立方体的通孔内壁。

进一步的，包覆层的横向截面为圆环，圆环的外径与立方体的通孔内壁孔径相同，圆环的内径与中心圆柱的外径相同。

进一步的，立方体的纵向高度、包覆层的高度及中心圆柱的高度均相等。

进一步的，中心圆柱、包覆层和立方体采用不同材料制备而成。

更进一步的，中心圆柱采用钢制成，密度ρ₃＝7780kg/m³、剪切模量E₃＝2.1×10¹¹Pa、泊松比μ₃＝0.3；包覆层采用硅橡胶制成，密度ρ₂＝1300kg/m³、剪切模量E₂＝1.175×10⁵Pa、泊松比μ₂＝0.469；立方体采用水泥制成，密度ρ₁＝2300kg/m³、剪切模量E₁＝4×10¹⁰Pa、泊松比μ₁＝0.2。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种具有低频减震特性的菱型地震超材料，在尺寸相同的情况下，减震性能更好，并可产生低频带隙特性。相对于传统减震措施，具有易于加工制造以及降低成本优势。