一种具有低频减震特性的菱型地震超材料制造技术

技术编号:24326379 阅读:17 留言:0更新日期:2020-05-29 18:12
本发明专利技术公开了一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,菱型地震超材料由若干地震超材料结构单胞通过向平行于板面的两个特定方向上延拓构成,菱型地震超材料中心设置的中心圆柱之间相互构成类似蜂窝状,菱型地震超材料布置于建筑物周围地表,利用带隙特性对0~20Hz的地震表面波进行有效衰减。本发明专利技术可用于建筑物周围地表布置地震超材料,利用其带隙特性,在地震中源场中,对地震波进行有效衰减,从而达到保护建筑物的作用。

A kind of rhombic seismic super material with low frequency damping characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种具有低频减震特性的菱型地震超材料
本专利技术属于地震减震
,具体涉及一种具有低频减震特性的菱型地震超材料。
技术介绍
地震是地球介质运动引起的激烈事变,大地震在短时间内释放出大量的能量,在极震区里,10-20s就完成毁灭性的破坏,对人们的生命财产安全造成巨大威胁。我国的地震活动表现为震源浅、分布广、频度高、强度大,是一个震灾严重的国家。且在当前,科技水平还无法对地震的到来做出准确预测,因此,对于地震,提高建筑物抵御地震的能力显得尤为重要。现有建筑物抗震中常见措施主要为减震消能、结构抗震及隔震等方法的使用;其中最为常用的是减震消能技术,减震消能技术主要为各种阻尼器的使用,阻尼器与主体结构常常结合在一起,将地震能量引向特别的装置进行消耗,以保护主体结构安全,但其同时由于常常与建筑物相结合,地震到达建筑物时,能量往往很巨大,减震效果具有局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,具有经济、易于布置以及优异的低频减震性能。本专利技术采用以下技术方案:一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,菱型地震超材料由若干地震超材料结构单胞通过向平行于板面的两个特定方向上延拓构成,菱型地震超材料中心设置的中心圆柱之间相互构成类似蜂窝状,菱型地震超材料布置于建筑物周围地表,利用带隙特性对0~20Hz的地震表面波进行有效衰减。具体的,地震超材料结构单胞包括立方体,中心圆柱设置在立方体内,中心圆柱的侧面包覆包覆层形成复合材料圆柱,复合材料圆柱的上下基面均分别平齐于立方体的上表面和下表面。进一步的,立方体的截面为中心有通孔的菱形结构,复合材料圆柱与立方体的通孔同轴心分布。更进一步的,包覆层的内壁与外壁分别连接中心圆柱的外壁与立方体的通孔内壁。进一步的,包覆层的横向截面为圆环,圆环的外径与立方体的通孔内壁孔径相同,圆环的内径与中心圆柱的外径相同。进一步的,立方体的纵向高度、包覆层的高度及中心圆柱的高度均相等。进一步的,中心圆柱、包覆层和立方体采用不同材料制备而成。更进一步的,中心圆柱采用钢制成,密度ρ3=7780kg/m3、剪切模量E3=2.1×1011Pa、泊松比μ3=0.3;包覆层采用硅橡胶制成,密度ρ2=1300kg/m3、剪切模量E2=1.175×105Pa、泊松比μ2=0.469;立方体采用水泥制成,密度ρ1=2300kg/m3、剪切模量E1=4×1010Pa、泊松比μ1=0.2。与现有技术相比,本专利技术至少具有以下有益效果:本专利技术一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,在尺寸相同的情况下,减震性能更好,并可产生低频带隙特性。相对于传统减震措施,具有易于加工制造以及降低成本优势。进一步的,地震超材料结构单胞三部分结构可有效构成弹簧-质量模型,其中钢柱等效为质量体,橡胶块等效为弹簧;所述地震超材料单胞由于其共振单元的存在,在地震波作用下,会使地震超材料呈现等效负模量的特性,实现对地震波的有效衰减。进一步的,立方体设置的目的在于通过提高地震超材料在地震中整体的稳定性,进而提高其地震超材料整体的使用寿命;且立方体设置使地震超材料结构更易加工与布置,有较好的经济性。进一步的,包覆层结构在地震超材料所构成弹簧-质量等效模型中,充当弹簧;且其包覆层结构壁厚参数的设置可有效调节其带隙,以适应不同固有频率的被保护建筑物。进一步的,立方体的纵向高度、包覆层的高度及中心圆柱高度设置在于一定高度的地震超材料单胞具有使地震波发生频散的作用,通过地震超材料单胞的周期性布置,可产生带隙,频率落到带隙内的地震波在穿过地震超材料时发生衰减。进一步的,中心圆柱、包覆层和立方体采用不同材料制备,其目的在于地震超材料单胞中,三种材料的质量密度和弹性常数的周期性调制会更易产生带隙,使地震超材料单胞在较小尺寸下仍可获得低频带隙。综上所述,本专利技术可用于建筑物周围地表布置地震超材料,利用其带隙特性,在地震中源场中,对地震波进行有效衰减,从而达到保护建筑物的作用。下面通过附图和实施例,对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例中地震超材料布置在建筑物周围的示意图;图2为本专利技术实施例中地震超材料单胞结构图;图3为本专利技术实施例中地震超材料单胞的俯视图;图4为本专利技术实施例中地震超材料结构图;图5为本专利技术实施例中地震超材料针对地震波解耦后表面波的能带图;图6本专利技术实施例中地震超材料针对地震波解耦后表面波的透射谱。其中:1.中心圆柱;2.包覆层;3.立方体。具体实施方式在本专利技术的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本专利技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利技术的限制。此外,在本专利技术的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。请参阅图1,本专利技术提供了一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,将地震超材料埋入距离建筑物一定距离的地表下,组成地震超材料保护圆环,对建筑物进行有效保护。请参阅图2,本专利技术一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,包括中心圆柱1、包覆层2和立方体3,立方体3的截面为中心有孔的菱形,孔为通孔结构,中心圆柱1的侧面包覆一定厚度的包覆层2,两者形成复合材料圆柱,复合材料圆柱与立方体3的通孔同轴心分布,复合材料圆柱的上下基面均分别平齐于立方体3的上下表面。中心圆柱1、包覆层2和立方体3均采用不同材料。包覆层2的内壁与外壁分别连接中心圆柱1的外壁与立方体3的通孔内壁。包覆层2的横向截面为圆环,圆环外径与立方体3的通孔内壁孔径相同,圆环内径与中心圆柱2的外径相同;立方体3的纵向高度、包覆层2的高度及中心圆柱1高度均相等。中心圆柱1的截面为圆形。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本专利技术实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,其特征在于,菱型地震超材料由若干地震超材料结构单胞通过向平行于板面的两个特定方向上延拓构成,菱型地震超材料中心设置的中心圆柱(1)之间相互构成类似蜂窝状,菱型地震超材料布置于建筑物周围地表,利用带隙特性对0~20Hz的地震表面波进行有效衰减。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有低频减震特性的菱型地震超材料,其特征在于,菱型地震超材料由若干地震超材料结构单胞通过向平行于板面的两个特定方向上延拓构成,菱型地震超材料中心设置的中心圆柱(1)之间相互构成类似蜂窝状,菱型地震超材料布置于建筑物周围地表,利用带隙特性对0~20Hz的地震表面波进行有效衰减。


2.根据权利要求1所述的具有低频减震特性的菱型地震超材料,其特征在于,地震超材料结构单胞包括立方体(3),中心圆柱(1)设置在立方体(3)内,中心圆柱(1)的侧面包覆包覆层(2)形成复合材料圆柱,复合材料圆柱的上下基面均分别平齐于立方体(3)的上表面和下表面。


3.根据权利要求2所述的具有低频减震特性的菱型地震超材料,其特征在于,立方体(3)的截面为中心有通孔的菱形结构,复合材料圆柱与立方体(3)的通孔同轴心分布。


4.根据权利要求3所述的具有低频减震特性的菱型地震超材料,其特征在于,包覆层(2)的内壁与外壁分别连接中心圆柱(1)的外壁与立方体(3)的通孔内壁。

【专利技术属性】
技术研发人员:李丽霞贾琪解妙霞
申请(专利权)人:西安建筑科技大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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