[发明专利]一种宽带隙多级地震超颖结构

说明书

本发明公开了一种宽带隙多级地震超颖结构，该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，结构上顶面与地表平齐。地震超颖结构单胞由所设计的地震超颖结构基本单元按照特定位置排列组成。基本单元包括空心钢管、橡胶层和混凝土层。根据所在地区的场地条件和被保护建筑的高度等参数，可以通过改变和调整宽带隙多级超颖结构的各组成部分的厚度、高度等几何参数，以及密度、弹性模量等材料参数，以获得针对不同地质条件和不同建筑高度所需的全带隙频率范围。所设计地震超颖结构的布置方式，可根据建筑所在场地环境和地质条件沿建筑分段、环向布置，最大程度充分有效保护建筑。

技术领域

本发明涉及一种宽带隙多级地震超颖结构，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

每年全球都会发生数百万次地震，5级及以上的地震高达数千次。这严重危害了人类的健康。地震发生后，对建筑物的主要破坏是地震表面波，其频率在0.1-20Hz范围内，因为与该频率段对应的地震波波长与常见建筑高度基本相同。此外，这些低频地震波难以控制和预防。最近基于声学超材料所设计的“地震超颖结构”是一种周期性排列结构，具有全带隙。在带隙范围内的地震波无法通过所设计结构，这使人们看到了一种衰减低频地震波的新颖方法，作为现有抗震工程技术的有益补充。本发明借鉴声子声学超材料局域共振原理，采用混凝土、钢管和橡胶组成多级地震超颖结构，实现对地震表面波的控制和衰减，本发明引述的技术结构定义为“地震超颖结构”。

在抗震保护的常规方法中，基础隔震通常是通过在基础层设置隔震垫，通过改变隔震层柔性，以延长上部结构的自振周期，减小上部结构的加速度和位移。同时隔震层有一定阻尼，进一步减小了隔震层水平位移和向上传递的地震作用。这种方法虽然可以很好的保护建筑，但是其不能灵活适应结构变化，并且在大震作用下，隔震层依然会发生较大水平位移。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

本发明所设计的宽带隙多级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、多角度控制和衰减地震表面波、保护建筑、有效减少地震灾害、减小建筑灾后修复和维护成本的宽带隙多级地震超颖结构。

本发明涉及的一种宽带隙多级地震超颖结构，该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，结构上顶面与地表平齐。地震超颖结构单胞由所设计的地震超颖结构基本单元按照特定位置排列组成。基本单元包括空心钢管(1)、橡胶层(2)和混凝土层(3)。空心钢管(1)、橡胶层(2)和混凝土层(3)截面均为方形。

空心钢管(1)方形截面外边长为0.325m，内边长为0.25m，高度18m，选用热轧无缝钢管。橡胶层(2)外边长0.35m，内边长0.325m，高度18m，选用工业橡胶。混凝土层(3)外边长0.5m，内边长0.35m，高度18m，选用C20-C30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，沿建筑物分段环向布置，距离建筑水平距离6m。本发明的单胞结构延拓后所组成的周期性排列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：

一种宽带隙多级地震超颖结构，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，结构上表面与地表平齐。在一定范围内沿建筑分段环向布置，利用周期性结构的带隙特性，衰减3.03-10.47Hz范围内的地震表面波，保护共振频率在上述带隙频率范围内的建筑免受地震表面波的危害。

当地震表面波来袭时，地震超颖结构单胞中的各个基本单元之间、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。