[實用新型]一種井字組合型鋼地震超材料結構

有效

• 申請號: 202222771439.7
• 申請日: 2022-10-20
• 公開（公告）號: CN218176217U
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 石南南;劉晗;紀金豹;王利輝;張偉晨
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 北京知藝互聯知識產權代理有限公司 16137
• 代理人: 孟晨光

本實用新型公開了一種井字組合型鋼地震超材料結構，包括減震體，減震體設置在建筑物的四周，減震體由若干個結構單胞沿平面內x、y方向對稱延拓而成，相鄰的結構單胞的形心間距為2m，結構單胞包括組合型鋼結構和土壤層，組合型鋼結構包括鋼板一和鋼板二，組合型鋼結構的下部設置有土壤層，四個鋼板一設置為井字形，鋼板二設置在鋼板一的端頭，三個鋼板二設置為工字形。本實用新型采用上述結構的一種井字組合型鋼地震超材料結構，基于局域共振原理，利用其帶隙特性對地震波進行特定頻率范圍內的衰減，通過周期性排列在建筑物周邊，能夠有效的在地震波到達目標保護建筑物之前進行衰減，實現低成本抗震。

技術領域

本實用新型涉及地震減震材料結構技術領域，尤其是涉及一種井字組合型鋼地震超材料結構。

背景技術

地震是最具破壞力的自然災害之一，其產生攜帶著巨大能量的地震波從震源傳播到地面附近，對建筑物產生巨大的破壞作用，嚴重威脅人們的生命和財產安全。早期的建筑物傳統抗震設計主要是通過減震消能或設置隔振支座等方式實現，但其存在明顯弊端：減震隔振裝置耐久性較差，使用壽命較短，難以更換維修。對于傳統古建筑物難以實現上述抗震措施，而對于目前結構形式復雜的大型建筑，傳統的抗震措施難以滿足其抗震要求，因此設計一種有效且經濟的防震結構十分必要。

考慮到上述問題，近年來提出的地震超材料結構為結構抗震設計提供了新的思路，通過研究結構本身的抗震設計轉為在建筑物周圍設置周期性波屏障結構，在一定程度上將地震波抑制或衰減至地震波屏障處，從而達到保護目標建筑物的目的。

地震超材料是一種人工設計的周期排列結構，具有帶隙特性，處于帶隙頻率范圍內的地震波無法通過該結構。地震瑞利波屬于表面波，具有振幅大、頻率低等特點，而傳統建筑的共振基頻較低，一般屬于瑞利波的頻率范圍內，因此對結構的危害極大。因此可設計一種具有低頻帶隙特性的周期性波屏障結構實現對低頻瑞利波的抑制和衰減。周期性波屏障屬于地震超材料，根據其調節原理可以分為布拉格散射機制和局域共振機制，其中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。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種井字組合型鋼地震超材料結構，其成本低、效果強、適用范圍廣、具有低頻減震特性，以解決現有減震結構無法控制地震波的衰減的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供了一種井字組合型鋼地震超材料結構，包括減震體，減震體設置在建筑物的四周，減震體由若干個結構單胞沿平面內x、y方向對稱延拓而成，相鄰的結構單胞的形心間距為2m，結構單胞包括組合型鋼結構和土壤層，組合型鋼結構包括鋼板一和鋼板二，組合型鋼結構的下部設置有土壤層，四個鋼板一設置為井字形，鋼板二設置在鋼板一的端頭，三個鋼板二設置為工字形。

優選的，鋼板一的長度為1.6m，鋼板一的厚度為0.1m，鋼板一的高度為10m。

優選的，鋼板二的長度為0.4m，鋼板二的厚度為0.01m，鋼板二的高度為10m。

優選的，組合型鋼結構和土壤層的交界面與地面平齊設置。

因此，本實用新型采用上述結構的井字組合型鋼地震超材料結構，具有以下有益效果：

1、本實用新型采用此種結構能夠多角度、全方位、分層次的衰減地震波從而保護目標建筑物。地震超材料結構周期性排列布置在建筑物周圍，可以有效衰減各個方向傳來的地震表面波，甚至對目標建筑物后方區域的建筑物也有保護作用；

2、本實用新型適用范圍廣泛，可兼具不同用途。該結構不僅可用于抗震，還可應用于衰減因地下作業、軌道施工、隧道開挖、大型振動設備的使用等情況下所產生的振動；