一种基于声子晶体理论的抗振结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于声子晶体理论的抗振结构，包括有由若干根规则分布呈阵列方式设于振源与敏感建筑物之间的混凝土排桩，以及设于相邻两根混凝土排桩之间的弹性填充物，混凝土排桩和弹性填充物之间构成三维声子晶体结构，在声子晶体结构中利用弹性填充物构成元胞，利用混凝土排桩构成周期性元胞中的散射体。采用本发明专利技术所述的抗振结构，利用声子晶体理论构建三维声子晶体结构，通过垂向共振，实现瑞利波模式到横波模式的转换，利用该结构对弹性波具有低透射高反射的特性，从而降低地震波面波的破坏效应，不会因结构失效而威胁被保护对象的功能实现和服役性能，具有结构简单、制作及安装方便，其减震及隔振效果好，适合推广应用。广应用。广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于声子晶体理论的抗振结构


[0001]本专利技术涉及的是建筑及工程结构减震及隔震
，具体地说是一种基于声子晶体理论的抗振结构。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，中国的高速铁路、高速公路、地铁和轻轨等现代交通设施迅速普及，相应地，上述交通设施所引起的振动问题也引起工程界的广泛关注。与此同时，由于机器振动、爆破和打桩等施工活动所引起的振动问题也日益严重，对人们的日常生活带来了很多不便。因此，提高各类隔振设施的隔振效果对人们的生产和生活具有重要意义。
[0003]排桩是一种新型的隔振结构，由于其布置不受地下水位和土体稳定性的影响。因此，目前排桩隔振结构越来越受到土木工程师的重视。排桩隔振的主要原理是通过控制弹 性波的传播途径来实现被动隔振，即利用排桩屏障的反射和散射功能来阻碍各类弹性波在 土体内的传播，以实现隔振的目的。对于周期性隔振排桩，目前主要针对的是轨道交通地下线列车运行诱发的环境振动，一般采用等边三角形的梅花桩形式布置，在振动传播方向上布置三排以上。采用混凝土桩布置于振源与敏感建筑物之间，以达到隔振效果。
[0004]建筑物隔震支座通过附加阻尼器减小弹簧支座的横向变形，消耗地震荷载输入到建筑物主体结构的振动能量，避免建筑结构在地震荷载作用下受到过大剪力而失效。采用现有的隔振方式，主要存在的问题是，一是周期性隔振排桩利用布拉格带隙阻隔弹性波的传播，由于地层和混凝土材料以及布置规模的限制，难以实现对低频弹性波的有效控制。二是有在较小的地震荷载的作用下，建筑物柱顶弹簧自身位移处于较低水平时才能发挥隔振作用，一旦承受了过大的剪力，弹簧倾覆则会对建筑物造成极为不利的影响。三是建筑物或工程结构往往因为自身承担的功能无法进行较大改动以使其满足减振抗震的需求。
[0005]弹性常数及密度周期分布的材料或结构被称为声子晶体。声子晶体是由弹性固体周期排列在另一种固体或流体介质中形成的一种新型功能材料。通过类比光子晶体，人们发现弹性波在周期弹性复合介质中传播时，也会产生类似于光子带隙的弹性波带隙，从而提出了声子晶体的概念。声子晶体结构主要用于高效减震、隔振系统的研发和研制，因此，对于建筑及工程结构中对于减震、隔振系统有要求的场所，可以将声子晶体构造引入到现有的排桩结构，具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是针对
技术介绍
中存在的问题，提供一种结构简单、方便操作的抗振结构，利用声子晶体理论构建三维声子晶体结构，利用该结构对弹性波具有低透射高反射的特性，从而能够有效提高排桩的减震、隔振效果，具体地说是一种基于声子晶体理论的抗振结构。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于声子晶体理论的抗振结构，包括有由若干根规则分布呈阵列方式设置于振源与敏感建筑物之间的混凝土排
桩，以及设置于相邻两根混凝土排桩之间的弹性填充物，所述混凝土排桩和弹性填充物之间构成三维声子晶体结构，在所述声子晶体结构中利用所述弹性填充物构成元胞，利用所述混凝土排桩构成周期性元胞中的散射体。
[0008]进一步地，本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，其中所述三维声子晶体结构中的混凝土排桩，在地层土平面内由若干根混凝土排桩构成若干排，若干排混凝土排桩与地层土平面内呈铅垂向渐变布置，构成阵列式周期性结构，而相邻两排之间的混凝土排桩相互间保持一定间隔距离，并呈相对交错排列方式布置；其中相邻两排之间的混凝土排桩的间隔距离略大于所述弹性填充物的外径。
[0009]进一步地，本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，其中所述混凝土排桩为预制桩或现场钻孔灌注桩，所述预制桩或现场钻孔灌注桩为空心桩或实心桩，并且其外形几何结构相同。
[0010]进一步地，本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，其中所述弹性填充物采用橡胶、泡沫或海绵材料制成为圆形、方形或不规则形状。
[0011]采用本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，与现有技术相比，其有益效果在于：由于在振源与敏感建筑物之间设置有混凝土排桩，并在相邻两根混凝土排桩之间设置有弹性填充物，而所述混凝土排桩设置有若干排，若干排混凝土排桩与地层土平面内呈铅垂向渐变布置，构成阵列式周期性结构，通过在周期性布置的混凝土排桩和地层土间添加有弹性填充物，从而形成三维声子晶体结构，通过周期性布置的排混凝土排桩构成弹性波传播介质中的散射体，而弹性填充物构成元胞，利用该周期结构的局域共振特性，使得带隙范围落在较低的频率范围内以实现对地震诱发的低频弹性波传播的控制，相对于现有的弹簧支座等隔振抗震结构，采用本专利技术所述的抗振结构，不会因地震荷载过大而失效，只有当地震波引起的介质形变过大时，抗震结构本身才会失效，但其结构失效的耗能过程也将对其保护对象产生有效的抗震作用。另外，通过所设置的混凝土排桩和弹性填充物形成抗振结构，其设置位置处于地震诱发的弹性波传播路径上，与其保护对象是完全分离的。
[0012]综上所述，采用本专利技术所述的抗振结构，利用声子晶体理论构建三维声子晶体结构，通过垂向共振，实现瑞利波模式到横波模式的转换，利用该结构对弹性波具有低透射高反射的特性，从而降低地震波面波的破坏效应。并能够有效提高排桩的减震、隔振效果，不承担抗震作用以外的其他功能，在设计上更为灵活，也不会因结构失效而威胁被保护对象的功能实现和服役性能，具有结构简单、制作及安装方便，其减震及隔振效果好，适合推广应用。
附图说明
[0013]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0014]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中所述混凝土排桩和弹性填充物水平面布置示意图。
[0015]图中所示：1-混凝土排桩、2-弹性填充物、3-地层土。
具体实施方式
[0016]如图1和图2所示，本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，包括有由若
干根规则分布呈阵列方式设置于振源与敏感建筑物之间的混凝土排桩1，以及设置于相邻两根混凝土排桩1之间的弹性填充物2，所述混凝土排桩1和弹性填充物2之间构成三维声子晶体结构，在所述声子晶体结构中利用所述弹性填充物2构成元胞，利用所述混凝土排桩1构成周期性元胞中的散射体。
[0017]进一步地，本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，其中所述三维声子晶体结构中的混凝土排桩1，在地层土3平面内由若干根混凝土排桩1构成若干排，若干排混凝土排桩1与地层土3平面内呈铅垂向渐变布置，构成阵列式周期性结构，而相邻两排之间的混凝土排桩1相互间保持一定间隔距离，并呈相对交错排列方式布置；其中相邻两排之间的混凝土排桩1的间隔距离略大于所述弹性填充物2的外径。
[0018]进一步地，本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，其中所述混凝土排桩1为预制桩或现场钻孔灌注桩，所述预制桩或现场钻孔灌注桩为空心桩或实心桩，并且其外形几何结构相同。
[0019]进一步地，本专利技术所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，其中所述弹性填充物2采用橡胶、泡沫或海绵材料制成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声子晶体理论的抗振结构，其特征在于：包括有由若干根规则分布呈阵列方式设置于振源与敏感建筑物之间的混凝土排桩(1)，以及设置于相邻两根混凝土排桩(1)之间的弹性填充物(2)，所述混凝土排桩(1)和弹性填充物(2)之间构成三维声子晶体结构，在所述声子晶体结构中利用所述弹性填充物(2)构成元胞，利用所述混凝土排桩(1)构成周期性元胞中的散射体。2.根据权利要求1所述的一种基于声子晶体理论的抗振结构，其特征在于：所述三维声子晶体结构中的混凝土排桩(1)，在地层土平面内由若干根混凝土排桩(1)构成若干排，若干排混凝土排桩(1)与地层土...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢秀山，钟佳，李佳蔓，杨俊涛，
申请(专利权)人：中建四局第三建设有限公司，
类型：发明
国别省市：