【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于周期排桩领域，尤其涉及一种组合周期排桩设计方法。
技术介绍
1、由于城市人口众多，土地资源相对匮乏，交通运输所产生的环境振动对建筑物的安全、精密仪器的使用以及居民的生活均产生了愈加严重的负面影响。
2、目前已有的轨道交通环境振动的控制措施包括振源减振、传播路径减振以及受振建筑物减振三个方面。振源减振通常为设置减振轨道，定期更换或养护车轮及轨道以降低其不平顺性等；传播路径减振通常为在振源和受振体之间穿插阻隔屏障以减少振动波的传播，阻隔屏障的种类及形式众多，包括空沟、填充沟、隔振墙、波阻块、周期排桩、周期空沟等；受振建筑物减振通常在既有建筑物或设备上设置减振支座等。对于已建成的轨道线路和建筑物而言，采取振源减振和受振体减振会浪费巨大的人力、物力和财力且难以达到较好的减振效果，甚至会对建筑物的稳定及安全造成负面影响，因此传播路径减振即成为了振动控制措施的首选。
3、近些年，随着周期结构理论被应用至工程减振领域，从周期结构带隙的角度进行减振设计使得周期排桩具有极高的应用价值。通过改变周期排桩的设计参数，使其在振动的主频范围内产生衰减域，从而可以应用于环境减振，是一种有效的减振措施。周期排桩具有减振性能优越、可拓展性强、可对特定振动定向设计的优点，在环境减振控制中，尤其是轨道交通环境减振中应用广泛。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种组合周期排桩设计方法解决了现有组合周期排桩设计方法没有充分考虑周期排桩各因素对带隙的影响的问
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种组合周期排桩设计方法，包括以下步骤：
3、s1、获取实际工程的目标减振频率范围和组合周期排桩类型；
4、s2、根据组合周期排桩类型，设置几何构型、材料参数和晶格类型，得到初始组合周期排桩；
5、s3、根据初始组合周期排桩，利用有限元软件计算周期结构带隙；
6、s4、判断目标减振频率范围是否在周期结构带隙的振动频率区间内，若是，直接进入步骤s5，否则，调整初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度，并返回步骤s3；
7、s5、利用有限元软件分别构造频域分析模型和时域分析模型；
8、s6、根据组合周期排桩类型和初始组合周期排桩，利用频域分析模型和时域分析模型，得到组合周期排桩设计结果。
9、本专利技术的有益效果为：将周期排桩基于周期排桩产生带隙的机理分为散射型组合周期排桩和局域共振型组合周期排桩，并根据不同类型周期排桩的带隙特征及影响因素，利用频域分析模型和时域分析模型进行组合周期排桩设计，能够全面考虑到带隙影响因素，提升组合周期排桩的传输损失特性及减振性能。
10、进一步地，所述步骤s1中组合周期排桩类型分为散射型组合周期排桩和局域共振型组合周期排桩。
11、上述进一步方案的有益效果为：局域共振型组合周期排桩的低频带隙特征显著，在相同带隙频率范围内，其周期晶格尺寸往往小于散射型周期排桩；散射型组合周期排桩能够打开较宽的带隙范围，但低频带隙特性不显著，往往需要较大的晶格尺寸，在实际工程中可以根据两者的特点，选择更适合的减振的实际需求或场地限制的排桩类型，更实用，同时降低了使用成本，简化了周期排桩的设计过程。
12、进一步地，所述步骤s3具体为：
13、s301、根据初始组合周期排桩，得到单胞；
14、s302、在单胞的x方向和y方向均施加周期性边界条件，得到单胞模型；所述周期性边界条件的表达式为：
15、u(r+a)＝eik·au(r)
16、其中，u(r+a)为周期边界条件；a为周期结构常数；r为位置矢量；i为虚数单位；k为波矢；u(·)为与排桩周期性相同的周期函数；
17、s303、根据单胞模型，划分网格，得到网格划分结果；
18、s304、根据网格划分结果，令波矢沿第一不可约布里渊区的高对称点边界进行扫略，得到单胞在不同波矢条件下所对应的特征频率；
19、s305、根据单胞在不同波矢条件下所对应的特征频率，得到周期结构带隙。
20、上述进一步方案的有益效果为：通过对单胞的周期结构带隙进行计算，不断调整组合周期排桩参数，将目标减振频率范围囊括进周期结构带隙，从单胞结构出发保证周期排桩减振效果。
21、进一步地，所述步骤s4中调整初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度具体为：当目标减振频率范围的下界低于周期结构带隙的振动频率区间的下界，降低初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度；当目标减振频率范围的上界高于周期结构带隙的振动频率区间的上界，增加初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度。
22、上述进一步方案的有益效果为：通过对单胞的周期结构带隙进行计算，基于振动频率区间的上界和下界不断调整组合周期排桩参数，将目标减振频率范围囊括进周期结构带隙，从单胞结构出发保证周期排桩减振效果。
23、进一步地，所述步骤s5中频域分析模型包括初始组合周期排桩、激振点和拾振点；所述初始组合周期排桩的上下两侧施加有周期边界条件，所述初始组合周期排桩的左右两侧设置有完美匹配层pml；所述激振点位于初始组合周期排桩的左侧单胞边界处；所述拾振点位于初始组合周期排桩的右侧单胞边界处。
24、上述进一步方案的有益效果为：通过频域分析模型，能够更直观展现能量衰减效果，从而方便后续调整组合周期排桩的各个设计参数。
25、进一步地，所述步骤s5中时域分析模型包括初始组合周期排桩、正弦位移激振区和振动监测区；所述初始组合周期排桩的上下两侧施加有周期性边界；所述初始组合周期排桩的右侧施加有低反射边界；所述正弦位移激振区位于初始组合周期排桩的左侧；所述振动监测区位于初始组合周期排桩的右侧。
26、上述进一步方案的有益效果为：利用时域分析模型，从加速度衰减情况的角度分析周期排桩的减振效果，能够更直观展现减振效果，从而方便后续调整组合周期排桩的各个设计参数。
27、进一步地，所述步骤s6具体为：
28、s601、判断组合周期排桩类型是否为散射型组合周期排桩，若是，进入步骤s602，否则，进入步骤s605；
29、s602、根据初始组合周期排桩，利用频域分析模型和时域分析模型，获取最优几何构型，并将初始组合周期排桩的几何构型调整为最优几何构型，得到第一散射型组合周期排桩；所述最优几何构型的表达式为：
30、f(a,b,c)＝f(ai+ai',bi+[bi'],ci+ci')
31、ai＝ai-1+ai-1'
32、ai-1'＝ε[α(s(ai-1)-s(ai-2))+β(t(ai-1)-t(ai-2))]
33、bi＝bi-1+[bi-1']
34、bi-1'＝ε[α(s(bi-1)-s(bi-2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种组合周期排桩设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤S1中组合周期排桩类型分为散射型组合周期排桩和局域共振型组合周期排桩。
3.根据权利要求1所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
4.根据权利要求1所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤S4中调整初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度具体为：当目标减振频率范围的下界低于周期结构带隙的振动频率区间的下界，降低初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度；当目标减振频率范围的上界高于周期结构带隙的振动频率区间的上界，增加初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度。
5.根据权利要求3所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤S5中频域分析模型包括初始组合周期排桩、激振点和拾振点；所述初始组合周期排桩的上下两侧施加有周期边界条件，所述初始组合周期排桩的左右两侧设置有完美匹配层PML；所述激振点位于初始组合周期排桩的左侧单胞边界处；所述拾振点位于初始组合周期排桩的右侧单胞边界
6.根据权利要求3所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤S5中时域分析模型包括初始组合周期排桩、正弦位移激振区和振动监测区；所述初始组合周期排桩的上下两侧施加有周期性边界；所述初始组合周期排桩的右侧施加有低反射边界；所述正弦位移激振区位于初始组合周期排桩的左侧；所述振动监测区位于初始组合周期排桩的右侧。
7.根据权利要求2所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：
8.根据权利要求7所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤S605具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种组合周期排桩设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤s1中组合周期排桩类型分为散射型组合周期排桩和局域共振型组合周期排桩。
3.根据权利要求1所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：
4.根据权利要求1所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤s4中调整初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度具体为：当目标减振频率范围的下界低于周期结构带隙的振动频率区间的下界，降低初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度；当目标减振频率范围的上界高于周期结构带隙的振动频率区间的上界，增加初始组合周期排桩中几何构型的填充率和散射体密度。
5.根据权利要求3所述组合周期排桩设计方法，其特征在于，所述步骤s5中频域分...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海洋，翟春鑫，朱洪洲，肖宋强，盛曦，吴悦，李金浜，杨焱淞，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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