[發(fā)明專利]一種低頻減震方形類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011419722.2
• 申請日: 2020-12-06
• 公開（公告）號: CN112554241B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 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: E02D31/08
• 分類號: E02D31/08;E02D5/22
• 代理公司: 北京思海天達(dá)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類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的地震超穎結(jié)構(gòu)沿建筑周圍環(huán)向布置。本發(fā)明所設(shè)計的方形類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)主要通過將核心混凝土柱布置好后，在其外層交替圍護(hù)鋼管層和橡膠層。最后在最外側(cè)圍護(hù)混凝土層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)是基于聲子晶體理論所設(shè)計的周期性結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有帶隙特性。當(dāng)?shù)卣鸨砻娌▉硪u時，在帶隙頻率范圍內(nèi)的地震表面波將無法通過所設(shè)計結(jié)構(gòu)。布置在建筑基礎(chǔ)周邊且不與建筑相連，可以遠(yuǎn)程屏蔽地震表面波，從而保護(hù)建筑。改變結(jié)構(gòu)的混凝土層、鋼管層和橡膠層的幾何參數(shù)，可以調(diào)整帶隙位置，產(chǎn)生不同帶隙寬度，從而可以對不同高度和不同場地條件下的建筑采取對應(yīng)匹配參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低頻減震方形類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)，是一種能夠有效衰減地震表面波的新結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

全球每年發(fā)生數(shù)百萬次地震，地震發(fā)生后，具有大量能量的地震波從地下深處的震源向四面八方傳播。當(dāng)它們與地表相遇時，能量沿著地表傳播，即地震的表面波。瑞利波是表面波之一，其頻率范圍為 0.1 至 20 赫茲，對結(jié)構(gòu)極為有害，因為建筑物的共振頻率正好在這個頻率范圍內(nèi)。根據(jù)近些年世界各地的地震災(zāi)害調(diào)查和研究表明，建筑物在強烈地震后會發(fā)生傾斜、傾倒等破壞而喪失部分甚至全部功能，進(jìn)而發(fā)生火災(zāi)、天然氣泄漏等一系列次生災(zāi)害，嚴(yán)重危及人民的生命財產(chǎn)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(hù)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，采用多重混凝土、鋼管及橡膠等組成減震結(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)”。

目前，傳統(tǒng)抗震方法一般是遵循“三水準(zhǔn)，兩階段”設(shè)計準(zhǔn)則，通過“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節(jié)點弱桿件”等設(shè)計原則進(jìn)行建筑抗震設(shè)計。通過增大特定位置的梁柱截面尺寸，從而提高建筑整體的抗震能力。但存在震后建筑損傷嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)修復(fù)量較大甚至無法修復(fù)的問題。所以，發(fā)明一種施工簡單，適用性強，能夠有效衰減地震表面波的減隔震結(jié)構(gòu)，對提高建筑的安全性和保證緊急關(guān)鍵結(jié)構(gòu)應(yīng)對地震時的應(yīng)急響應(yīng)十分重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的低頻減震方形類年輪地震超穎結(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、多角度保護(hù)建筑、取材簡單、有效衰減地震表面波、減小建筑災(zāi)后修復(fù)和維護(hù)成本的類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明涉及的一種低頻減震方形類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)，該方形類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)布置在建筑物基礎(chǔ)周邊，其特征在于：包括第一混凝土層1、第二混凝土層10、第一鋼管層2、第二鋼管層4、第三鋼管層6、第四鋼管層8、第一橡膠層3、第二橡膠層5、第三橡膠層7和第四橡膠層9。第一混凝土層1為方形結(jié)構(gòu)，第一鋼管層2圍護(hù)在第一混凝土層1的外部，第二鋼管層4圍護(hù)在第一鋼管層2外部，第三鋼管層6圍護(hù)在第二鋼管層4外部，第四鋼管層8圍護(hù)在第三鋼管層6外部；第二混凝土層10圍護(hù)在第四鋼管層8的外部；第一橡膠層3填充在第一鋼管層2與第二鋼管層4之間，第二橡膠層5填充在第二鋼管層4與第三鋼管層6之間，第三橡膠層7填充在第三鋼管層6與第四鋼管層8之間；第四橡膠層9填充在第四鋼管層8與第二混凝土層10之間；

第一混凝土層1邊長為1.48m，第二混凝土層10外邊長為3m，內(nèi)邊長2.4m，厚度0.3m，高度18m，均采用C20-C40素混凝土。第一鋼管層2、第二鋼管層4、第三鋼管層6、第四鋼管層8的厚度均為0.10m，高度18m，且均選用熱軋無縫鋼管。第一橡膠層3、第二橡膠層5、第三橡膠層7和第三橡膠層9的厚度均為0.015m，高度18m，選用工業(yè)橡膠。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)布置在建筑基礎(chǔ)附近，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9m。本發(fā)明結(jié)構(gòu)單胞延拓所形成的地震超穎結(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：

方形類年輪地震超穎結(jié)構(gòu)布置在建筑基礎(chǔ)周邊，在一定范圍內(nèi)沿建筑環(huán)向布置，利用帶隙特性，衰減地震表面波，保護(hù)建筑物免受地震表面波的危害。