[发明专利]一种隔震结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种隔震结构，具体涉及土木工程隔震技术领域，包括混凝土箱、混凝土帽、低刚度橡胶轴承、钢圆柱体和超材料包络层，混凝土箱为四面空心方柱结构，混凝土帽包括两块上下设置且形状相同的立方体平板，低刚度橡胶轴承位于钢圆柱体与混凝土帽之间，钢圆柱体的直径与低刚度橡胶轴承的直径相同，超材料包络层均匀包裹在钢圆柱体的侧面，超材料包络层采用负泊松比材料制成。本发明利用负泊松比超材料具有很好阻尼、吸能特性及局部共振型地震超材料可实现低频隔震的特点，发明了一种负泊松比局部共振型共振器，并将其周期性排列形成地震超材料隔震屏障，该隔震屏障可得到低频带隙，实现低频地震波的隔离。

技术领域

本发明涉及土木工程隔震技术领域，更具体地说，本发明涉及一种隔震结构及其设计方法。

背景技术

地震的能力是由地震波携带，其频率范围在0.1-20Hz，而传统的隔震屏障难以实现低频地震波的隔震。

为解决传统隔震屏障难以隔离低频地震波的不足，本发明结合负泊松比超材料具有很好阻尼、吸能特性及局部共振型地震超材料可实现低频隔震的特点，发明了一种新型地震超材料耗能器且由一种新型地震超材料耗能器组合成能够实现超低频带隙的隔震屏障。基于深度学习方法，通过分析具体的工程隔震带隙要求实现本发明所述隔震屏障的逆向设计方法。本发明能够在工程隔震领域中实现超低频地震波的隔离，同时提出的设计方法针对具体工程能够提高隔震屏障设计的针对性和效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种隔震结构及其设计方法，通过利用负泊松比超材料具有很好阻尼、吸能特性及局部共振型地震超材料可实现低频隔震的特点，发明了一种负泊松比局部共振型共振器，并将其周期性排列形成地震超材料隔震屏障，该隔震屏障可得到低频带隙，实现低频地震波的隔离，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隔震结构，包括混凝土箱、混凝土帽、低刚度橡胶轴承、钢圆柱体和超材料包络层。

在一个优选地实施方式中，所述混凝土箱为四面空心方柱结构，所述混凝土箱的顶部和底部均预留回字形台槽，所述四面空心方柱结构由四块形状相同的矩形平板按照长边连接而成，矩形平板由混凝土浇筑而成，其总质量的大小作为主要设计参数，作用为保护负泊松比局部共振型共振器，混凝土箱影响隔震单元的隔震效率，所述设计参数由隔震屏障的逆向设计方法决定。

在一个优选地实施方式中，所述混凝土帽包括两块上下设置且形状相同的立方体平板，立方体平板由混凝土浇筑而成，位于上方的立方体平板尺寸与混凝土箱的顶部的预留回字形台槽尺寸相同，位于下方的立方体平板尺寸与混凝土箱的底部预留回字形台槽尺寸相同，所述混凝土箱与混凝土帽构成一个整体，其质量的大小作为设计参数，影响隔震屏障的频率带隙宽度及范围，由隔震屏障的逆向设计方法决定。

在一个优选地实施方式中，所述低刚度橡胶轴承为两块圆柱体形式的低刚度弹性橡胶块，所述低刚度橡胶轴承位于钢圆柱体与混凝土帽之间，所述混凝土帽和钢圆柱体通过低刚度橡胶轴承连接，起到调节负泊松比局部共振型共振器固有共振频率的目的。

在一个优选地实施方式中，所述钢圆柱体的直径与低刚度橡胶轴承的直径相同，钢圆柱体的顶面和底面分别与上下端的低刚度橡胶轴承连接，其作为负泊松比局部共振型共振器的有效质量，可调节频率带隙的上下限值。

在一个优选地实施方式中，所述超材料包络层均匀包裹在钢圆柱体的侧面，超材料包络层采用负泊松比材料制成，负泊松超材料具有较好的吸能及阻尼特性，可起到增加局部共振器阻尼及吸能的作用。超材料本身弹性模量、负泊松比和质量密度作为所述隔震单元单元的设计参数，可根据实际工程由基于深度神经的逆向设计方法提出逆向设计方法决定。

在一个优选地实施方式中，还包括一种对抗型深度神经网络逆向设计方法，包括参数解码器和对抗型深度学习逆向设计方法，可以实现在实际工程中针对目标频率带隙计算出需要的设计参数，实现新型隔震屏障各参数的精准逆向设计。