[发明专利]一种含有贫铀的低频宽带隙地震超颖板结构

说明书

本发明公开了一种含有贫铀的低频宽带隙地震超颖板结构，该地震超颖结构由地震超颖结构单胞在同一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贫铀球(1)、橡胶层(2)和土壤层(3)组成，贫铀球(1)为球体，橡胶层(2)为空心球体，土壤层(3)为空心正方体。结构位于地震震源和被保护建筑之间，当地震发生后，地震波到达所设计结构时，地震波被衰减。因此，在地震波传播过程中控制和衰减地震波，达到远程控制的目的。本发明所设计的地震超颖板结构主要由结构单胞通过周期性排列布置得到，而结构单胞主要由橡胶包覆贫铀球后，埋入土壤中得到，结构构造相对简单。

技术领域

本发明涉及一种含有贫铀的低频宽带隙地震超颖板结构，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

地震是人类已知的具有社会经济和环境影响的最灾难性事件之一。全世界每年发生一百万次地震，占所有与灾害有关死亡率的近60％。建筑物的倒塌在地震中给人类造成灾难性的破坏。其中，地震表面波由于其低频率、高振幅、难衰减和传播远等特性，对建筑的影响最大。低频表面波频率主要在0.1-20Hz 范围内，而大量震害表明，对建筑物影响最大的地震波频率在2Hz左右。当地震表面波到达结构后，由于表面波的频率范围涵盖了大多数建筑的共振基频，从而引发共振，使建筑发生损坏甚至倒塌。最近，由于周期性结构可以对特定频率范围的波产生较高衰减，这些特定频率被称为带隙，在带隙频率范围内的地震波无法通过所设计结构。此外，带隙之外的频带被称为通带，在通带频率范围内的波可以继续传输，基本不产生衰减。在防灾减灾领域，周期性结构又被称为地震超颖结构。因此，周期性结构为控制和衰减地震表面波提供了新思路。

迄今为止，周期性结构主要有两种，布拉格散射型和局域共振型。基于布拉格散射原理设计的周期性结构其结构尺寸往往与所控制的波长相近，而地震波波长通常在十几米甚至上百米。因此基于布拉格散射原理设计的周期性结构往往局限于大型结构。而基于局域共振原理设计的周期型结构其结构尺寸通常可以比所控制的波长小两个数量级，更适合用于对低频振动的衰减，但其产生的带隙通常较窄。因此，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结构，对保护核电站、炼油厂和古建筑等重要建筑，以及保护城市居民区建筑都具有十分重要意义！本发明基于局域共振原理设计地震超颖板结构，采用贫铀和橡胶组成复合球体，埋入土壤中。在保证“小尺寸控制大波长”的基础上，还能够实现低频宽带隙特性，拓宽了对地震表面波的衰减范围。本发明引述的技术结构定义为“地震超颖结构”。

发明内容

本发明所设计的一种含有贫铀的低频宽带隙地震超颖板结构涉及一种用于衰减地震表面波的地震超颖板结构。其目的是为了提供一种易于实现的衰减地震表面波的装置、保护建筑、取材简单、有效减少地震灾害、减小建筑灾后修复和维护成本的低频宽带隙地震超颖板结构。

本发明涉及的一种低频宽带隙地震超颖板结构，该地震超颖结构由地震超颖结构单胞在同一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贫铀球(1)、橡胶层(2)和土壤层(3)组成，贫铀球(1)为球体，橡胶层(2)为空心球体，土壤层(3)为空心正方体。

低频宽带隙地震超颖板结构单胞中贫铀球(1)半径为0.15m。橡胶层(2) 半径为0.2m，厚度为0.05m，橡胶层(2)包覆在贫铀球(1)外部，形成复合球体。再将土壤包覆在上述复合球体外部，形成一个地震超颖板结构单胞，土壤层 (3)边长为0.45m。

本发明所设计的地震超颖板结构布置在建筑周边，结构顶面与地表平齐，沿建筑物环向布置，结构靠近建筑一侧距离建筑物的最小水平距离为2m。本发明所设计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底部外围尺寸。

本发明的技术方案是：