[发明专利]一种低频带隙五孔地震超颖结构

说明书

本发明公开了一种低频带隙五孔地震超颖结构，本发明基于声子晶体理论所设计的周期性结构，当地震表面波来袭时，在带隙范围内的地震表面波将无法通过所设计结构。布置在建筑基础周边且不于建筑相连，远程屏蔽地震表面波，从而保护建筑。本发明地震超颖结构主要通过薄壁钢管、橡胶柱和混凝土保护层三者组成。结构构造简单。本发明的地震超颖结构不与建筑直接相连，设置在建筑外围与建筑有一定距离。全方位、多角度保护建筑。所设计地震超颖结构的布置，根据建筑所在场地环境和地质条件沿建筑分段、环向布置，充分有效保护建筑。本发明材料为钢、橡胶和混凝土三种材料。这些材料在建筑施工过程中较为常见，且容易获得。

技术领域

本发明涉及一种低频带隙五孔地震超颖结构，是一种对地震表面波有良好控制和衰减作用的新结构。

背景技术

全球每年发生数百万次地震，地震对人类造成了灾难性的损害。它不仅会造成直接经济损失，甚至所引起的建筑物倒塌会造成人员的伤亡。地震造成的损害主要是由于建筑物的倒塌。地震波有多种类型。其中，地震表面波具有低频率，高振幅和衰减慢的特性，对建筑物的破坏最大。大量震害表明，引起地表建筑物破坏的地震波峰值频谱在2Hz左右。大部分建筑物对应的共振频率都在10Hz范围内。地震超颖结构是一种基于声子晶体理论的周期性结构，具有带隙特性。在带隙频率范围内，地震波无法穿过地震超颖结构，这为抗震保护提供了一种新途径。本发明借鉴声子晶体控制机械波原理，采用混凝土、钢管和橡胶组成减震结构，实现对地震波的控制和衰减，本发明引述的技术结构定义为“地震超颖结构”。

消能减震是常用的一种建筑抗震的方法，主要是在建筑内部设置消能减震构件，通过消能减震构件发生弹塑性变形，进而消耗一部分地震能量，减小结构地震响应。然而，在大震下建筑可能会发生危险的弹塑性变形。所以，发明一种结构简单，适应性强，可以有效控制和衰减低频地震表面波的减隔震结构，对于保护城市建筑和其他对振动敏感的结构，如精密实验室、核电站、古建筑等将具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所设计的低频带隙五孔地震超颖结构涉及一种用于衰减地震表面波的地震超颖结构。其目的是为了提供一种全方位、多角度衰减地震表面波、保护建筑、取材简单、布置方便、有效减少地震灾害、减小建筑灾后修复和维护成本的五孔地震超颖结构。

本发明涉及的一种低频带隙五孔地震超颖结构，该五孔地震超颖结构由地震超颖结构单胞在水平面内沿两个相互垂直的方向延拓组成，并设计在建筑物基础周边，地震超颖结构单胞包括第一空心钢管1、第二空心钢管2、第三空心钢管3、第四空心钢管4、第五空心钢管5，橡胶柱6和混凝土层7。第一空心钢管1、第二空心钢管2、第三空心钢管3、第四空心钢管4、第五空心钢管5均为方形结构；橡胶柱6含有五个通孔，空心钢管分别按照特定位置，嵌入橡胶柱6内部；混凝土层7围护在橡胶柱6的外部。

第一空心钢管1、第二空心钢管2、第三空心钢管3、第四空心钢管4、第五空心钢管5外边长均为0.46m,内边长0.36m，厚度0.1m，高度20m，采用热轧无缝钢管。橡胶柱6边长为1.4m，高度20m，选用工业橡胶。混凝土层7外边长2m，内边长1.6m，高度h=20m，选用C20-C40素混凝土。

本发明结构布置在建筑基础周边，结构顶面与地表平齐，沿建筑物环向布置，距离建筑物水平距离6m。本发明的单胞结构延拓后所组成的周期性结构外围尺寸不小于建筑物基础尺寸。

本发明的技术方案是：

一种低频带隙五孔地震超颖结构，由所设计的地震超颖结构单胞沿水平面内两个相互垂直的方向不断延拓构成。布置于建筑基础周边地表下方，在一定范围内沿建筑环向分段布置，利用周期性结构的带隙特性，衰减2-7Hz范围内的地震表面波，保护建筑免受地震表面波的危害。

当地震波来袭时，地震超颖结构单胞中的五孔空心钢管、单胞和单胞间都将发生振动，组合后的地震超颖结构会产生的带隙，从而有效控制和衰减地震表面波，保护建筑。