[發明專利]一種格柵式地震蘭姆波屏障結構

在審

• 申請號: 202210239826.8
• 申請日: 2022-03-12
• 公開（公告）號: CN114606987A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 石南南;劉晗;亢志寬;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

本發明公開了一種格柵式地震蘭姆波屏障結構，該地震波屏障結構由該格柵式地震蘭姆波屏障結構單胞周期性排列在目標保護建筑物周圍組合形成整體，其產生的帶隙特性能夠阻隔特定頻率下的地震蘭姆波。格柵式地震蘭姆波屏障結構單胞包括嵌合鋼芯(1)、橡膠層(2)和土壤(3)組合而成的結構。鋼芯為四塊相同的鋼板垂直對稱嵌合而成形成“井”字形中空鋼芯，橡膠層以相同的厚度包裹在鋼芯外側，土壤包裹在橡膠層外側。本發明涉及的一種格柵式地震蘭姆波屏障結構可衰減11.05?21.25Hz范圍內的地震表面波，在該頻率范圍內的地震表面波無法通過地震超材料傳播，從而達到保護目標建筑物的目的，實現抗震功能。

技術領域

本發明涉及一種格柵式地震蘭姆波屏障結構，阻隔地震表面波尤其是蘭姆波傳播的一種地震超材料結構。

背景技術

目前為止，地震是對人類社會產生最大危害和損失的自然災害之一，據統計，全球每年要發生500萬次左右地震，僅上個世紀以來，全世界就有120多萬人死于地震。因此，實現低成本、高效力抗震仍然為當今學者所研究的命題。近年來，地震超材料結構以其優異的抗震性能出現在抗震設計領域。建筑物的共振基頻一般為2Hz左右，而地震表面波的頻率一般為0.1至20Hz，恰在建筑物共振基頻范圍內，因此地震表面波對建筑物所產生的危害極大。傳統的抗震方式主要通過在結構本身設置消能裝置或設置隔振支座等方式，但其存在明顯弊端，抗震裝置耐久性差，壽命較短，且難以更換，而對于古建筑等重要建筑物，也無法采用該方法，當今復雜結構建筑日益增多，傳統的抗震方法難以滿足建筑結構要求。因此，基于聲子晶體從固體物理領域發展至地震工程領域的波屏障結構，又稱地震超材料結構，其產生的帶隙特性能夠阻隔特定頻率下的地震表面波的傳播，為抗震設計提供了新的思路。

迄今，地震超材料的調節機制主要分為兩類，分別為布拉格散射機制和局域共振機制，布拉格散射機制產生的帶隙頻率所對應的波長與晶格常數處在同一量級，因此基于布拉格散射機制設計的結構尺寸過大，難以實現廣泛應用；局域共振機制則具有“小尺寸控制大波長”的特點，但由于其帶隙較窄，難以實現頻率的大范圍衰減。因此本發明旨在設計一種基于局域共振機制的低頻寬帶隙地震超材料結構，進而能夠有效的控制地震波的衰減，達到抗震目的，對于保護古建筑、核電站、精密儀器實驗室等具有特殊抗震要求的建筑具有重要意義。

發明內容

本發明所設計的一種格柵式地震蘭姆波屏障結構，涉及一種能夠在地震波傳播至保護建筑物之前屏蔽或衰減的波屏障結構，使得通過成本低、易于取材、構型簡單、適用范圍廣等特點達到對建筑物的抗震目的，控制和衰減地震波對建筑帶來的危害，減小災害產生的損失。

本發明涉及的一種格柵式地震蘭姆波屏障結構，該地震波屏障結構由該格柵式地震蘭姆波屏障結構單胞周期性排列在目標保護建筑物周圍組合形成整體，其產生的帶隙特性能夠阻隔特定頻率下的地震蘭姆波。格柵式地震蘭姆波屏障結構單胞包括嵌合鋼芯(1)、橡膠層(2)和土壤(3)組合而成的結構。鋼芯為四塊相同的鋼板垂直對稱嵌合而成形成“井”字形中空鋼芯，橡膠層以相同的厚度包裹在鋼芯外側，土壤包裹在橡膠層外側，整個結構為方形柱，結構尺寸：長度為2m，厚度為2m，高度為4m。

本發明涉及的一種格柵式地震蘭姆波屏障結構，其內部鋼芯由四個幾個材料參數完全相同的鋼板垂直對稱嵌合形成“井”字形中空結構，每塊鋼板的長度為1.9m，厚度為0.2m，高度為4m。

進一步的，橡膠層以0.05m的厚度包裹在鋼芯外側，高度為4m。

進一步的，土壤包裹在橡膠層外側，由三種尺寸的土柱組成，三種尺寸的土柱填充鋼芯中空部分和橡膠外層部分，使整體尺寸成為長度為2m，厚度為2m，高度為4m的結構單胞。

本發明涉及的一種格柵式地震蘭姆波屏障結構以周期性排列方式環繞布置在目標保護建筑物周圍，單胞形心間距為2m,通過其所產生的帶隙特性使得地震波在傳播至目標保護建筑物之前被地震超材料阻隔，從而是地震波有效的抑制和衰減，從而保護目標建筑物。

本發明的技術方案是：