[發(fā)明專利]一種低頻減震方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2020-12-06
• 公開（公告）號: CN112554168B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石南南;亢志寬;羅方慧;王利輝;趙卓
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E02D5/22
• 分類號: E02D5/22;E02D31/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種低頻減震方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)，地震超穎結(jié)構(gòu)主要通過薄壁鋼管、橡膠柱和混凝土層三者組成。結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單。所設(shè)計地震超穎結(jié)構(gòu)的布置，可根據(jù)建筑所在場地環(huán)境和地質(zhì)條件沿建筑分段、環(huán)向布置，充分有效保護建筑。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是基于聲子晶體理論所設(shè)計的周期性結(jié)構(gòu)，具有帶隙特性。當(dāng)?shù)卣鸨砻娌▉硪u時，在帶隙范圍內(nèi)的地震表面波將無法通過所設(shè)計結(jié)構(gòu)。布置在建筑周邊且不于建筑相連，可以遠程屏蔽地震表面波，從而保護建筑。本發(fā)明所設(shè)計的地震超穎結(jié)構(gòu)不與建筑直接相連，設(shè)置在建筑外與建筑有一定距離。因此，在大震下，地震超穎結(jié)構(gòu)的變形不會影響結(jié)構(gòu)。同時，地震超穎結(jié)構(gòu)可以有效衰減全帶隙范圍內(nèi)的地震表面波，保護建筑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低頻減震方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)，是一種能夠有效控制和衰減地震表面波的新結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

我國地震活動表現(xiàn)為震源淺、分布廣、頻度高、強度大，是一個震災(zāi)嚴(yán)重的國家。地震造成的損失主要是由于建筑物倒塌，從而可能引起財產(chǎn)損失和人員傷亡。地震產(chǎn)生的地震波有多種類型，其中地震表面波對結(jié)構(gòu)的破壞最大。表面波具有低頻、高振幅和難衰減的特點，常見的控制方法很難控制和衰減地震表面波。大量震害表明，引起地表建筑物破壞的地震波峰值頻譜在2Hz左右。實際上，大部分建筑物對應(yīng)的共振頻率都在2-10Hz范圍內(nèi)。因此，2-10Hz范圍內(nèi)的地震表面波對常見建筑損害極大，嚴(yán)重影響住戶的人身安全。地震超穎結(jié)構(gòu)是一種基于聲子晶體理論的周期性結(jié)構(gòu)，具有帶隙特性。在帶隙頻率范圍內(nèi)，地震波無法穿過地震超穎結(jié)構(gòu)，這為抗震保護提供了一種新途徑。本發(fā)明借鑒聲子晶體控制機械波原理，采用混凝土、鋼管及橡膠組成減震結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對地震波的控制和衰減，本發(fā)明引述的技術(shù)結(jié)構(gòu)定義為“地震超穎結(jié)構(gòu)”。

調(diào)頻減震是常見的建筑抗震措施之一，調(diào)頻減震方法按采用手段可分為主動、半主動和混合控制三種方法。主動控制穩(wěn)定性較差且影響因素較多，對于寬頻減震效果不佳。而半主動控制具有較強的局限性。并且，這種抗震方法難以控制和隔離低頻表面波。所以，發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，可以有效控制和衰減低頻地震表面波的減隔震結(jié)構(gòu)，對于保護城市建筑和其他對振動敏感的結(jié)構(gòu)，如電子廠、核電站、古建筑和精密實驗室等將具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所設(shè)計的低頻減震方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)涉及一種用于衰減地震表面波的地震超穎結(jié)構(gòu)。其目的是為了提供一種全方位、多角度衰減地震表面波、保護建筑、有效減少地震災(zāi)害、減小建筑災(zāi)后修復(fù)和維護成本的方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明涉及的一種低頻減震方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)，該方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑物基礎(chǔ)周邊，其特征在于：第一空心鋼管1、第二空心鋼管2、第三空心鋼管3、第四空心鋼管4、第五空心鋼管5、第六空心鋼管6、第七空心鋼管7、第八空心鋼管8、第九空心鋼管9，橡膠柱10和混凝土層11。第一空心鋼管1、第二空心鋼管2、第三空心鋼管3、第四空心鋼管4、第五空心鋼管5、第六空心鋼管6、第七空心鋼管7、第八空心鋼管8、第九空心鋼管9均為方形結(jié)構(gòu)，橡膠柱10含有九個通孔，橡膠柱10包覆在九根空心鋼管外部，混凝土層11圍護在橡膠柱10的外部。

第一空心鋼管1、第二空心鋼管2、第三空心鋼管3、第四空心鋼管4、第五空心鋼管5、第六空心鋼管6、第七空心鋼管7、第八空心鋼管8、第九空心鋼管9外邊長均為0.40m，內(nèi)邊長0.27m，高度20m，采用熱軋無縫鋼管。橡膠柱6邊長1.6m，高度20m，選用工業(yè)橡膠。混凝土層7外邊長2m，內(nèi)邊長1.6m，高度20m，選用C20-C40素混凝土。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)布置在建筑基礎(chǔ)周邊，結(jié)構(gòu)頂面與地表平齊，沿建筑物環(huán)向布置，距離建筑物水平距離6m。本發(fā)明結(jié)構(gòu)單胞延拓形成的地震超穎結(jié)構(gòu)外圍尺寸不小于建筑物基礎(chǔ)尺寸。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種低頻減震方形九孔樁地震超穎結(jié)構(gòu)，由所設(shè)計的地震超穎結(jié)構(gòu)單胞沿水平面內(nèi)兩個垂直方向延拓構(gòu)成。布置于建筑基礎(chǔ)周邊的地表下方，在一定范圍內(nèi)沿建筑環(huán)向分段布置，利用周期性結(jié)構(gòu)的帶隙特性，衰減2-10Hz范圍內(nèi)的地震表面波，保護建筑免受地震表面波的危害。