[發明專利]一種低頻減震九子圓樁地震超穎結構

在審

• 申請號: 202011509994.1
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112663684A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 石南南;亢志寬;羅方慧;王利輝;趙卓
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E02D31/08
• 分類號: E02D31/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種低頻減震九子圓樁地震超穎結構，該地震超穎結構由地震超穎結構單胞在水平面內沿兩個相互垂直的方向延拓組成，并設計在建筑物基礎周邊，地震超穎結構單胞包括第一鋼樁、第二鋼樁、第一空心混凝土樁、第二空心混凝土樁、土壤層。第一鋼樁、第二鋼樁截面均為圓形。第一空心混凝土樁、第二空心混凝土樁截面均為圓環。土壤層截面為方形，在其上分布有九個圓形通孔。四個小圓形通孔分別位于方形的四個對角，與大圓形通孔的中心間距均相等。每個小圓形通孔中心間距相等。提供全方位、多角度衰減地震表面波、保護建筑、取材簡單、布置方便、有效減少地震災害、減小建筑災后修復和維護成本的低頻減震九子圓樁地震超穎結構。

技術領域

本發明涉及一種低頻減震九子圓樁地震超穎結構，是一種對地震表面波有良好控制和衰減作用的新結構。

背景技術

我國處于歐亞地震帶和環太平洋地震帶之間，地震頻發、強度大、震源淺、地震危險性高，城市承載體震害嚴重，許多工程有著龐大且復雜的結構，例如變電站，由于能源基地與用電負荷分布不均，大量變電站需建設于地震烈度高的抗震不利地區。地震造成的結構破壞、人員傷亡以及地震引起的次生災害都會帶來巨大的經濟損失同時給社會帶來不可逆轉的傷害。因此，對于地震的防控，尤其是針對重大工程的地震防控，就顯得尤為重要。在多種類型的地震波中，地震表面波由于頻率低、振幅高、衰減慢等特性，其對建筑物的破壞最為嚴重。以往大量的震害研究表明，0.1-20Hz范圍以內的地震波容易引起建筑物共振。

常用的抗震方法中，消能減震通長是在建筑中布置消能減震構件，通過構件彈塑性變形消耗一部分地震能量，進而減少施加在建筑上的地震能量。然而這種方法在大震下，可能會使建筑發生大的彈塑性變形。最近，固體力學領域研究的“地震超穎結構”為抗震保護提供了一中新途徑。基于聲子晶體理論，利用聲子晶體控制機械波原理，對材料關鍵物理尺寸進行有序結構設計，獲得具有超常物理性質的周期性結構，即地震超穎結構。為有效控制和衰減低頻地震表面波，減少震害損失，本發明引用“地震超穎結構”這一定義，采用混凝土和鋼組成減震結構，結構簡單、靈活性強、便于施工操作，對于保護諸如變電站、古建筑等重大建筑結構具有十分重要的意義。

發明內容

本發明所設計的一種低頻減震九子圓樁地震超穎結構涉及一種用于衰減地震表面波的地震超穎結構。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、取材簡單、布置方便、有效減少地震災害、減小建筑災后修復和維護成本的低頻減震九子圓樁地震超穎結構。

本發明涉及的一種低頻減震九子圓樁地震超穎結構，該地震超穎結構由多個地震超穎結構單胞在水平面內沿兩個相互垂直的方向延拓組成，并設計在建筑物基礎周邊；每個地震超穎結構單胞包括第一鋼樁(1)、第二鋼樁(3)、第一空心混凝土樁(2)、第二空心混凝土樁(4)和土壤層(5)。土壤層(5)截面為方形，在其上分布有九個圓形通孔。其中，四個小圓形通孔分別位于方形四條邊中心，與大圓形通孔的中心間距均相等。其余四個小圓形通孔分別位于方形的四個對角，與大圓形通孔的中心間距均相等。每個小圓形通孔中心間距相等。第一鋼樁(1)和第一空心混凝土樁(2)設置在大圓形通孔中間。第二鋼樁(3)和第二空心混凝土樁(4)設置在八個小圓形通孔中間。第一鋼樁(1)、第二鋼樁(3)截面均為圓形。第一空心混凝土樁(2)、第二空心混凝土樁(4)截面均為圓環。

第一鋼樁(1)半徑為0.4m，高度18m，選用普通碳素結構鋼。第二鋼樁(3)半徑為0.1m，高度18m，選用普通碳素結構鋼。第一空心混凝土樁(2)外徑0.45m，內徑0.4m，高度18m，選用C20-C30素混凝土。第二空心混凝土樁(4)外徑0.15m，內徑0.1m，高度18m，選用C20-C30素混凝土。土壤層(5)方形截面邊長2m，高度18m，材質為砂土。四個位于方形結構四條邊中心的小型圓樁，與大圓樁的中心間距均為0.7m。其余位于方形結構的四個對角的小型圓樁，與大圓樁的中心間距均為0.99m。每個小型圓樁中心間距均為0.7m。

本發明結構布置在建筑基礎周邊，結構頂面與地表平齊，沿建筑物環向布置，距離建筑物水平距離6m。本發明的單胞結構延拓后所組成的周期性結構外圍尺寸不小于建筑物基礎尺寸。