一种半埋入式地震超材料屏障结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种半埋入式地震超材料屏障结构，包括按照正方晶格周期排列的多个屏障单胞；所述屏障单胞包括内部圆柱体，所述内部圆柱体外套设有外部圆环形柱体，所述内部圆柱体和外部圆环形柱体之间设有间隙，所述间隙内设置有中间连接柱体。将外部圆环形柱体半埋入土壤中，增强了结构的稳定性，而且具有超低频带隙特性。可用于对瑞利波的减震，对重要建筑物进行有效地保护。建筑物进行有效地保护。建筑物进行有效地保护。

【技术实现步骤摘要】
一种半埋入式地震超材料屏障结构


[0001]本技术属于建筑抗震领域，具体涉及一种半埋入式地震超材料屏障结构。

技术介绍

[0002]地震发生时，地震波会携带大量的能量从震源处向四周传播，当到达土壤表面时，会沿着土壤表面进行传播，形成表面波。表面波产生的低频振动对建筑物的损害极大，特别是表面波中的瑞利波，是破坏建筑物的主要成分。
[0003]传统的隔震方式是给建筑结构设置能量耗散系统，从而实现衰减地震波来达到保护建筑物的效果。该方式存在一定的弊端，只能实现保护单一结构不能保护一定范围的区域，并且此方式对建筑物的寿命也存在一定影响。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种半埋入式地震超材料屏障结构，可衰减抑制地震波，将其呈列在建筑物的周围，以保护建筑物所受瑞利波的危害。
[0005]为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]一种半埋入式地震超材料屏障结构，包括按照正方晶格周期排列的多个屏障单胞；所述屏障单胞包括内部圆柱体，所述内部圆柱体外套设有外部圆环形柱体，所述内部圆柱体和外部圆环形柱体之间设有间隙，所述间隙内设置有中间连接柱体。
[0007]进一步的，所述内部圆柱体和中间连接柱体的高度相同，所述外部圆环形柱体的高度大于所述内部圆柱体和中间连接柱体的高度。
[0008]进一步的，所述内部圆柱体的第一端、中间连接柱体的第一端以及外部圆环形柱体的第一端齐平，所述外部圆环形柱体的第二端埋入土壤中。
[0009]进一步的，所述外部圆环形柱体的高度为所述内部圆柱体高度的两倍。
[0010]进一步的，所述外部圆环形柱体的一半高度埋入土壤中。
[0011]进一步的，所述外部圆环形柱体的外径为2.4m，内径为2m，高度为6m；所述中间连接柱体的外径为2m，内径为1m，高度为3m；所述内部圆柱体的直径为1m，高度为3m。
[0012]进一步的，所述外部圆环形柱体为混凝土圆筒；所述内部圆柱体为混凝土圆柱。
[0013]进一步的，所述混凝土的材料参数为：杨氏模量E1=4
×
10
10
Pa，泊松比μ1=0.2，密度ρ1=2500kg/m3。
[0014]进一步的，所述中间连接柱体为填充在所述内部圆柱体和外部圆环形柱体的间隙内的发泡聚苯乙烯。
[0015]进一步的，所述发泡聚苯乙烯的材料参数为：杨氏模量E2=1.34
×
105Pa，泊松比μ2=0.13，密度ρ2=12kg/m3。
[0016]与现有的技术相比，本技术有益效果如下：
[0017]（1）本技术实施例提供的半埋入式地震超材料屏障结构，将外部圆环形柱体半埋入土壤中，增强了结构的稳定性，而且具有超低频带隙特性。可用于对瑞利波的减震，
对重要建筑物进行有效地保护
[0018]（2）通过调整外部圆环形柱体的埋入深度，以及内部柱体的直径可以得到不同频段的带隙，为减震隔震提供一种新的途径。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0020]图1是本技术实施例中屏障单胞的立体结构示意图。
[0021]图2是本技术实施例中屏障单胞的俯视图。
[0022]图3是本技术实施例中屏障单胞的正视图。
[0023]图4是本技术实施例提供的半埋入式地震超材料屏障结构的排列示意图。
[0024]其中：1外部圆环形柱体；2中间连接柱体；3内部圆柱体；4土壤。
具体实施方式
[0025]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0026]以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本技术所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本技术所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本技术的示例性实施方式。
[0027]本技术实施例提供了一种半埋入式地震超材料屏障结构，周期排列在建筑物的周围，可有效地衰减瑞利波，通过半埋入的方式，不但增强了结构的稳定性，而且具有超低频带隙特性。从而对地震波能进行有效地衰减控制，实现建筑物免受地震的破坏。
[0028]如图1~4所示，一种半埋入式地震超材料屏障结构，包括按照正方晶格周期排列的多个屏障单胞；屏障单胞包括内部圆柱体3，内部圆柱体3外套设有外部圆环形柱体1，内部圆柱体3和外部圆环形柱体1之间设有间隙，间隙内设置有中间连接柱体2。
[0029]在本技术的一个具体实施例中，内部圆柱体3和中间连接柱体2的高度相同，外部圆环形柱体1的高度大于内部圆柱体3和中间连接柱体2的高度。内部圆柱体3的第一端、中间连接柱体2的第一端以及外部圆环形柱体1的第一端齐平，外部圆环形柱体1的第二端埋入土壤中，中间连接柱体2、内部圆柱体3不埋入土壤中。具体来说，外部圆环形柱体1的高度为内部圆柱体3高度的两倍，外部圆环形柱体1的一半高度埋入土壤中。
[0030]作为本技术的一个优选实施例，外部圆环形柱体1的外径为2.4m，内径为2m，高度为6m；中间连接柱体2的外径为2m，内径为1m，高度为3m；内部圆柱体3的直径为1m，高度为3m。土壤4尺寸为：长2.5m，宽2.5m，高40m。
[0031]作为一种示例，本实施例中的外部圆环形柱体1为混凝土圆筒，内部圆柱体3为混凝土圆柱；混凝土的材料参数为：杨氏模量E1=4
×
10
10
Pa，泊松比μ1=0.2，密度ρ1=2500kg/m3。土壤参数为：杨氏模量E3=2
×
107Pa，泊松比μ3=0.3和密度ρ3=1800kg/m3。中间连接柱体2为填充在内部圆柱体3和外部圆环形柱体1的间隙内的发泡聚苯乙烯。发泡聚苯乙烯的材料参数
为：杨氏模量E2=1.34
×
105Pa，泊松比μ2=0.13，密度ρ2=12kg/m3。
[0032]本技术实施例提供的半埋入式地震超材料屏障结构在20Hz以下产生了两条完全带隙，第一条带隙为4.2Hz
‑
11.4Hz；第二条带隙为12.1Hz
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13.1Hz，带隙总宽度为8.2Hz。可见，采用本技术半埋入式地震超材料屏障结构，不但增强了结构的稳定性，而且可以产生超低频宽带带隙。因此本技术半埋入式地震超材料结构，可用于对瑞利波的减震，可对重要建筑物进行有效地保护。
[0033]由技术常识可知，本技术可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半埋入式地震超材料屏障结构，其特征在于，包括按照正方晶格周期排列的多个屏障单胞；所述屏障单胞包括内部圆柱体（3），所述内部圆柱体（3）外套设有外部圆环形柱体（1），所述内部圆柱体（3）和外部圆环形柱体（1）之间设有间隙，所述间隙内设置有中间连接柱体（2）。2.根据权利要求1所述的半埋入式地震超材料屏障结构，其特征在于，所述内部圆柱体（3）和中间连接柱体（2）的高度相同，所述外部圆环形柱体（1）的高度大于所述内部圆柱体（3）和中间连接柱体（2）的高度。3.根据权利要求2所述的半埋入式地震超材料屏障结构，其特征在于，所述内部圆柱体（3）的第一端、中间连接柱体（2）的第一端以及外部圆环形柱体（1）的第一端齐平，所述外部圆环形柱体（1）的第二端埋入土壤中。4.根据权利要求3所述的半埋入式地震超材料屏障结构，其特征在于，所述外部圆环形柱体（1）的高度为所述内部圆柱体（3）高度的两倍。5.根据权利要求4所述的半埋入式地震超材料屏障结构，其特征在于，所述外部圆环形柱体（1）的一半高度埋入土壤中。6.根据权利要求5所述的半埋入式地震超...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽霞，李鹏国，解妙霞，同志学，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：新型
国别省市：