[發(fā)明專利]一種具有十字形空腔的方形地震超穎結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011509935.4
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112663682B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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
• 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)明公開了一種具有十字形空腔的方形地震超穎結(jié)構(gòu)，該地震超穎結(jié)構(gòu)由地震超穎結(jié)構(gòu)單胞在水平面內(nèi)沿兩個相互垂直的方向延拓組成，并設(shè)計(jì)在建筑物基礎(chǔ)周邊；地震超穎結(jié)構(gòu)單胞包括具有十字形空腔的混凝土樁、橡膠層、鋼管層和土壤層。混凝土樁截面為圓形，在截面中間有一個通長十字形空腔。橡膠層、鋼管層截面均為圓形，土壤截面為方形，在其中部有一個圓形通孔。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6?17Hz范圍內(nèi)的地震表面波，保護(hù)建筑免受地震表面波和其他原因引起的地表振動的危害。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有十字形空腔的方形地震超穎結(jié)構(gòu)，是一種對地震表面波有良好控制和衰減作用的新結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

全世界每年都有數(shù)百萬次地震，絕大多數(shù)地震的震級都在3.9級以下，但震級5.0級以上的地震次數(shù)就超過1000次。即使是輕微地震引起的地面振動也會對建筑物的結(jié)構(gòu)完整性產(chǎn)生影響。此外，對于核電站和煉油廠等建筑來說，即使是很小程度的破壞也可能造成災(zāi)難性的后果。地震波主要包括面波和體波，其中地震表面波造成的損害最大，傳播距離最遠(yuǎn)。因此，設(shè)計(jì)一種防御結(jié)構(gòu)以防止地震表面波危害建筑物是非常有意義的，特別是對于頻率在0.1-20赫茲范圍內(nèi)的長波，因?yàn)檫@包含了許多建筑和結(jié)構(gòu)的共振基頻。目前，對這類波長較長，低頻率的地震表面波制定相應(yīng)保護(hù)措施依然十分困難。同時，開發(fā)相應(yīng)保護(hù)裝置仍然是一個懸而未決的問題。

在被動控制的措施中，調(diào)頻質(zhì)量阻尼器TMD是一種有效的結(jié)構(gòu)振動控制裝置。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器是通過調(diào)節(jié) TMD 系統(tǒng)的頻率比與阻尼比使得 TMD 系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，根據(jù)能量守恒，TMD 系統(tǒng)的震動會耗散一部分能量，使得主結(jié)構(gòu)的反應(yīng)減小。但TMD 只能控制某一模態(tài)下的振動，具有窄帶特性，對結(jié)構(gòu)自振頻率的波動很敏感。所以，發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，可以有效控制和衰減低頻地震表面波的減震結(jié)構(gòu)或裝置，對于保護(hù)城市建筑和其他對振動敏感結(jié)構(gòu)，如精密實(shí)驗(yàn)室、核電站、古建筑等將具有十分重要的意義！最近，出現(xiàn)的地震超穎結(jié)構(gòu)為抗震保護(hù)提供了一種新思路。地震超穎結(jié)構(gòu)是一種基于聲子晶體理論所研究的周期性結(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)。本發(fā)明借鑒聲子晶體控制機(jī)械波原理，采用混凝土、鋼管和橡膠組成減震結(jié)構(gòu)，實(shí)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)”。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所設(shè)計(jì)的具有十字形空腔的方形地震超穎結(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(hù)建筑、取材簡單、有效減少地震災(zāi)害、減小建筑災(zāi)后修復(fù)和維護(hù)成本的具有十字形空腔的方形地震超穎結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明涉及的一種具有十字形空腔的方形地震超穎結(jié)構(gòu)，該地震超穎結(jié)構(gòu)由地震超穎結(jié)構(gòu)單胞在水平面內(nèi)沿兩個相互垂直的方向延拓組成，并設(shè)計(jì)在建筑物基礎(chǔ)周邊；地震超穎結(jié)構(gòu)單胞包括具有十字形空腔的混凝土樁1、橡膠層2、鋼管層3和土壤層4。混凝土樁1截面為圓形，在截面中間有一個通長十字形空腔。橡膠層2、鋼管層3截面均為圓形，土壤4截面為方形，在其中部有一個圓形通孔。

具有十字形空腔的混凝土樁1圓形截面半徑0.68m，高18m。中間具有由兩個長方體通孔所組成的十字形空腔，各長方體通孔長1.2m，寬0.2m，高18m，選用C20-C30素混凝土。橡膠層2外徑0.7m，內(nèi)徑0.68m，高度18m，選用工業(yè)橡膠。鋼管層3外邊長半徑0.8m，內(nèi)邊長0.7m，高度18m，選用熱軋無縫鋼管。土壤層4方形截面邊長2m，內(nèi)部圓形通孔半徑邊長0.8m，高度18m，材質(zhì)為普通砂土。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)布置在建筑基礎(chǔ)周邊的地表下方，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)明的單胞結(jié)構(gòu)延拓后所組成的周期性結(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：