CN111218878A - 一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用 - Google Patents

Abstract

一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，本发明涉及一种市政设施结构领域，尤其是一种海绵城市用同时具备蓄水，灌溉及减振功能的周期结构的应用。本发明的目的为解决交通振动对周围环境的影响，现有减振设施存在上述的缺陷以及当前以海绵城市建设中蓄水装置功能单一的问题。本发明的城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构用于海绵城市的地下建设，具体可设置于人行道路和/或绿化带下。本发明提供的周期结构的应用能够实现存蓄地表径流和雨水、为城市灌溉提供水源，以及减少道路周围的振动污染。

Description

一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用

技术领域

本发明涉及一种市政设施结构领域，尤其是一种海绵城市用同时具备蓄水，灌溉及减振功能的周期结构的应用。

背景技术

目前，城市交通在我国发展迅速，引起的振动污染日益频繁，严重影响居民生活质量和精密仪器的使用。对于交通振动治理的措施大致分为两类，一是对震源减振，二是对被保护建筑物减振。例如，针对震源减振设计减振沥青路面，而对于被保护物减振，可以在被保护建筑物下设置隔震支座等。但这些方法都有弊端：如减振措施的耐久性差，使用寿命短，造价高且对于已建成的建筑物，此类方法难以实现。另一方面，海绵城市建设中，蓄水装置的开发是一大重点问题，各类蓄水装置功能单一，相对成本高。

为了克服减振设施耐久性差、使用寿命短、造价高且对已建成建筑物难以实现的缺陷，本专利提供一种以水为填充材料的周期结构，同时作为海绵城市建设中的蓄水装置。该蓄水减振周期结构在合理设计几何参数和材料参数的前提下，能产生一定宽度的频率带隙，能够覆盖交通振动的主频，能极大抑制被保护建筑的振动响应，起到摒除环境振动干扰的目的。

发明内容

本发明的目的为解决交通振动对周围环境的影响，现有减振设施存在上述的缺陷以及当前以海绵城市建设中蓄水装置功能单一的问题，而提供一种城市用蜂窝状的具有蓄水、灌溉和减振多重功能的周期结构的应用。

为达到本发明的目的，本发明的城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构用于海绵城市的地下建设，具体可设置于人行道路和/或绿化带下。本发明提供的周期结构的应用能够实现存蓄地表径流和雨水、为城市灌溉提供水源，以及减少道路周围的振动污染；所述的周期结构适用于海绵城市建设，城市水资源存储与灌溉，以及城市轨道交通、地铁与公路引起的振动污染防治等方面。

优选地，所述的蜂窝状周期结构具有蓄水，灌溉和减振功能；具体来说，所述蓄水功能通过以下方式实现：雨、雪等降水通过地面的透水路面及绿化带渗入所述周期结构后，或者通过汇流水沟进入到周期结构后，通过各个标准结构单元之间的交换水孔在结构单元之间流动，实现稳定蓄水功能；所述灌溉功能通过以下方式实现：标准结构单元的顶部预留有出水孔，并安装有灌溉设备或虹吸管，通过附属抽水装置抽出蓄水至地面进行灌溉，或者通过虹吸作用，不借助外力而实现灌溉功能；所述周期结构的减振效果采用基于流固耦合的声子晶体理论进行计算，采用六边形晶格，通过在周期结构单元的边界施加周期性边界条件，利用Bloch理论，扫略六边形晶格的第一简约布里渊区，求解周期结构单元的带隙，频率落在带隙范围内的振动能得到极大抑制，进而实现周期结构的减振功能，所述周期结构通过合理设计，可以使振动频率在400Hz-1000Hz的振动得到极大抑制，能使频率在100Hz以内的振动得到一定抑制。

优选地，所述蜂窝状周期结构由标准结构单元组成，所述标准结构单元由一端开口的正六边形筒体结构和盖板组成，所述正六边形筒体结构具有交换水孔，所述相邻的正六边形筒体结构之间通过交换水孔相互连接形成空间连通的周期结构；所述盖板为正六边形且所述盖板中部设置进出水孔，所述盖板的底面具有凸起正六边形栅格结构，所述的凸起正六边形栅格结构与所述正六边形筒体结构的开口相互盖合；对于外围的正六边形筒体结构并且与其他正六边形筒体结构不相邻的侧面上的交换水孔通过橡胶塞封闭。

优选地，为保证组合结构的整体性，所述相邻的正六边形筒体结构之间通过水孔接头穿过交换水孔进行连接或通过螺栓穿过预留孔进行连接，所述预留孔为交换水孔或其他螺栓孔。

优选地，所述在正六边形筒体结构深度方向的六个侧面上均设有交换水孔，所述交换水孔呈竖向直线均匀排列，且具有交换水孔的侧面上至少具有一条呈竖向直线排列的交换水孔，所述正六边形筒体结构之间相邻的侧面中至少有一面的交换水孔与相连的另一个正六边形筒体结构侧面上的交换水孔错层分布，即该相连的两个侧面的交换水孔不处于同一水平面。

优选地，所述同一侧面上相邻的两个交换水孔的距离为0.5m-1m，所述交换水孔距离顶部的距离为0.2m-0.5m，并且所述交换水孔距离底部的距离为0.1m-0.3m。

优选地，所述盖板为可拆卸结构，所述正六边形盖板的边长为2m-4m，所述盖板的厚度为0.1m-0.2m；盖板中部设置进出水孔至少一个，优选为2-4个，孔径为0.05m-0.2m。

优选地，所述标准结构单元的材料为混凝土或玻璃钢，所述标准结构单元在垂直道路方向至少为3个，在沿道路方向应根据蓄水量设计，不做限制性规定。

优选地，当标准结构单元中的正六边形筒体结构的材料为混凝土时，所述正六边形筒体结构的截面边长为2m-4m，所述正六边形筒体结构的高度为5m-15m，所述正六边形筒体结构的厚度为0.1m-0.2m；当标准结构单元中的正六边形筒体结构的材料为玻璃钢时，所述正六边形筒体结构的截面边长为1m-3m，所述正六边形筒体结构的高度为5m-15m，所述正六边形筒体结构的厚度为0.01m-0.03m。

优选地，所述水孔接头为中空的橡胶套管，所述橡胶套管为两侧是圆环形橡胶垫与中间的圆形中空橡胶管组成，所述圆形中空橡胶管及圆环形橡胶垫内设置有螺旋弹簧。

优选地，所述圆环形橡胶垫的外径为0.2m-0.4m，内径为0.08m-0.18m，厚度不低于1cm；所述圆形中空橡胶管外径为0.1m-0.2m，内径为0.08m-0.18m，厚度不低于1cm。

优选地，所述橡胶塞为中空橡胶管一侧连接有圆盘橡胶垫，中空橡胶管另一侧可以为开口或闭口结构且略呈锥台形。

优选地，所述橡胶管外径为0.1m-0.2m，内径为0.08m-0.18m，厚度不低于1cm；所述圆盘橡胶垫直径为0.2m-0.4m，厚度不低于1cm。

优选地，所述交换水孔的直径为0.1m-0.2m。

优选地，周期结构单元的底部设计有1％-20％坡度的斜坡，便于汇聚渗透水中砂粒，有利于其沉淀后的清理工作。

本发明相对于现有技术的优点：

1.本发明提供的城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构用于城市的人行道或绿化带下可调节地下水资源、灌溉和降低交通引起的环境振动，可以广泛应用于市政建设领域，比如地下蓄水设施，环境振动控制。该蓄水减振周期结构在市政领域，尤其是海绵城市建设领域应用前景广阔，潜力巨大。减振功能由周期结构本身的带隙特性决定，无需附加其他的阻尼材料和附加结构。带隙由声子晶体流固耦合理论计算得到，具备隔离指定频段的振动。蓄水、灌溉能力可以由不同数量周期单元组合进行调节。

2.本发明的提供的蓄水，灌溉及减振周期结构选用较高刚度和较强强度的不透水材料，即玻璃钢或混凝土，具有强度大、耐性久和防漏水的优点。

3.本发明的标准单元结构在工厂预制加工，工业化生产，运输至现场拼接，拼接无需使用胶黏剂，直接组合，拼装方便快捷。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出来了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明蜂窝状周期结构单元的盖板底面示意图；

图2是本发明蜂窝状周期结构单元剖面图；

图3是本发明蜂窝状周期结构组合后示意图；

图4是本发明蜂窝状周期结构组合剖面图；

图5是本发明蜂窝状周期结构所用水孔接头示意图；

图6是本发明蜂窝状周期结构所用橡胶塞示意图；

图7是本发明蜂窝状周期结构所用螺栓示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以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发明的实施例的详细描述并非旨在限制权利要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步的定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了更便于描述本发明和简化描述，而并不是指示或暗示所指的装置或原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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等除非另有明确的规定和限定，该术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义的理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

本实施例提供了城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，所述的蜂窝状周期结构用于海绵城市的地下建设，具体可设置于人行道路和/或绿化带下。

其中，所述的蜂窝状周期结构具有蓄水，灌溉和减振功能；具体来说，所述蓄水功能通过以下方式实现：雨、雪等降水通过地面的透水路面及绿化带渗入所述周期结构后，或者通过汇流水沟进入到周期结构后，通过各个标准结构单元之间的交换水孔在结构单元之间流动，实现稳定蓄水功能；所述灌溉功能通过以下方式实现：标准结构单元的顶部预留有出水孔，并安装有灌溉设备或虹吸管，通过附属抽水装置抽出蓄水至地面进行灌溉，或者通过虹吸作用，不借助外力而实现灌溉功能；所述周期结构的减振效果采用基于流固耦合的声子晶体理论进行计算，采用六边形晶格，通过在周期结构单元的边界施加周期性边界条件，利用Bloch理论，扫略六边形晶格的第一简约布里渊区，求解周期结构单元的带隙，频率落在带隙范围内的振动能得到极大抑制，进而实现周期结构的减振功能，所述周期结构通过合理设计，可以使振动频率在400Hz-1000Hz的振动得到极大抑制，能使频率在100Hz以内的振动得到一定抑制。

第二实施例

请参阅图1、图2、图3、图4和图5，本实施例与第一实施例不同的是，所述蜂窝状周期结构由标准结构单元组成，所述标准结构单元由一端开口的正六边形筒体结构1和盖板2组成，所述正六边形筒体结构1具有交换水孔11，所述相邻的正六边形筒体结构1之间通过交换水孔11相互连接形成空间连通的周期结构；所述盖板2为正六边形且所述盖板中部设置进出水孔21，所述盖板的底面具有凸起正六边形栅格结构22，所述的凸起正六边形栅格结构22与所述正六边形筒体结构1的开口相互盖合；对于外围的正六边形筒体结构1并且与其他正六边形筒体结构1不相邻的侧面上的交换水孔11通过橡胶塞4封闭。需要说明的是，本实施例提供的周期结构由标准化结构单元拼装组成，形成周期性排列结构，结构内蓄水，可调节地下水资源、灌溉和降低交通引起的环境振动。

其中，为保证组合结构的整体性，所述相邻的正六边形筒体结构1之间通过水孔接头3穿过交换水孔11进行连接或通过螺栓5穿过预留孔进行连接，所述预留孔为交换水孔11或其他螺栓孔；需要说明的是，螺栓孔可以与水孔通用，也可以单独设计；螺栓连接需要使用圆环橡胶垫，以保证螺栓连接处不漏水；同一侧壁至少有两处螺栓连接，且两处螺栓间距适宜，以保证单元之间有足够的连接强度。

请参阅图2、图3和图4，本实施例提供的城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，与前述实施方式不同的是，所述在正六边形筒体结构1深度方向的六个侧面上均设有交换水孔11，所述交换水孔11呈竖向直线均匀排列，且具有交换水孔的侧面上至少具有一条呈竖向直线排列的交换水孔11，所述正六边形筒体结构1之间相邻的侧面中至少有一面的交换水孔11与相连的另一个正六边形筒体结构1侧面上的交换水孔11错层分布，即该相连的两个侧面的交换水孔11不处于同一水平面。设置交换水孔的目的是使组合结构形成一个蓄水整体，各个单元之间的水量可以互相交换，避免某个单元水量过多或者过少，因此，随着存储水量的持续增加，整体结构的水位线会变化，但是始终能保持统一的水位线，直至到达中上部甚至完全灌满。

第三实施例

请参阅图1，本实施例提供的城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用。如图2所示，由于交换水孔接头分布于结构单元内部，且使用过程中需要定期维护和清理，因此盖板设计为可拆卸形式，便于交换水孔的安装以及设施的维护和清理；所述盖板2为可拆卸结构，所述正六边形盖板2的边长为2m-4m，厚度为0.1m-0.2m；盖板2中部设置进出水孔至少一个，优选为2-4个，孔径为0.05m-0.2m。

请参阅图1、图2、图3和图5，本实施例提供了一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，与第一实施例和第二实施例中任一具体实施方式不同的是，所述标准结构单元的材料为混凝土或玻璃钢，所述标准结构单元在垂直道路方向至少为3个，在沿道路方向应根据蓄水量设计，不做限制性规定。

其中，当标准结构单元中的正六边形筒体结构1的材料为混凝土时，所述正六边形筒体结构1的截面边长为2m-4m，高度为5m-15m，厚度为0.1m-0.2m；当标准结构单元中的正六边形筒体结构1的材料为玻璃钢时，所述正六边形筒体结构1的截面边长为1m-3m，高度为5m-15m，厚度为0.01m-0.03m。

第四实施例

请参阅图5，本实施例提供了一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用。所述城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，与第一实施例至第三实施例中任一具体实施方式不同的是，所述水孔接头3为中空的橡胶套管，所述橡胶套管为两侧是圆环形橡胶垫31与中间的圆形中空橡胶管32组成，所述圆形中空橡胶管32及圆环形橡胶垫31内设置有螺旋弹簧，使橡胶套管具有自夹持标准结构单元的功能。

其中，所述圆环形橡胶垫31的外径为0.2m-0.4m，内径为0.08m-0.18m，厚度不低于1cm；所述圆形中空橡胶管32外径为0.1m-0.2m，内径为0.08m-0.18m，厚度不低于1cm。

第五实施例

请参阅图6，本实施例提供了城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用。所述城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，与第一实施例至第四实施例中任一具体实施方式不同的是，所述橡胶塞4为中空橡胶管42一侧连接有圆盘橡胶垫41，中空橡胶管42的另一侧可以为开口或闭口结构且略呈锥台形。

其中，所述橡胶管42外径为0.1m-0.2m，内径为0.08m-0.18m，厚度不低于1cm；所述圆盘橡胶垫41直径为0.2m-0.4m，厚度不低于1cm。

第六实施例

请参阅图2、图3和图4，本实施例提供了城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用。所述城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，与第一实施例至第五实施例中任一具体实施方式不同的是，所述交换水孔11的直径为0.1m-0.2m。

其中，周期结构单元的底部设计有1％-20％坡度的斜坡，便于汇聚渗透水中砂粒，有利于其沉淀后的清理工作，其坡度优选为5％。

综上所述，本发明提供的城市用蜂窝状的蓄水、灌溉及减振周期结构的应用有利于在海绵城市里的应用，将所述的蜂窝状周期结构用于人行道路和/或绿化带下，能够解决交通振动对周围环境的影响，现有减振设施存在上述的缺陷以及当前以海绵城市建设中蓄水装置功能单一的问题。同时能够实现存蓄地表径流和雨水、为城市灌溉提供水源，以及减少道路周围的振动污染；所述的周期结构适用于海绵城市建设，城市水资源存储与灌溉，以及城市轨道交通、地铁与公路引起的振动污染防治等方面。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式和实施例仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述的蜂窝状周期结构用于海绵城市的地下建设，具体可设置于人行道路和/或绿化带下。

2.根据权利要求1所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述的蜂窝状周期结构具有蓄水，灌溉和减振功能；具体来说，所述蓄水功能通过以下方式实现：雨、雪等降水通过地面的透水路面及绿化带渗入所述周期结构后，或者通过汇流水沟进入到周期结构后，通过各个标准结构单元之间的交换水孔在结构单元之间流动，实现稳定蓄水功能；所述灌溉功能通过以下方式实现：标准结构单元的顶部预留有出水孔，并安装有灌溉设备或虹吸管，通过附属抽水装置抽出蓄水至地面进行灌溉，或者通过虹吸作用，不借助外力而实现灌溉功能；所述周期结构的减振效果采用基于流固耦合的声子晶体理论进行计算，采用六边形晶格，通过在周期结构单元的边界施加周期性边界条件，利用Bloch理论，扫略六边形晶格的第一简约布里渊区，求解周期结构单元的带隙，频率落在带隙范围内的振动能得到极大抑制，进而实现周期结构的减振功能，所述周期结构通过合理设计，可以使振动频率在400Hz-1000Hz的振动得到极大抑制，能使频率在100Hz以内的振动得到一定抑制。

3.根据权利要求1或2所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述蜂窝状周期结构由标准结构单元组成，所述标准结构单元由一端开口的正六边形筒体结构(1)和盖板(2)组成，所述正六边形筒体结构(1)具有交换水孔(11)，所述相邻的正六边形筒体结构(1)之间通过交换水孔(11)相互连接形成空间连通的周期结构；所述盖板(2)为正六边形且所述盖板中部设置进出水孔(21)，所述盖板的底面具有凸起正六边形栅格结构(22)，所述的凸起正六边形栅格结构(22)与所述正六边形筒体结构(1)的开口相互盖合；对于外围的正六边形筒体结构(1)并且与其他正六边形筒体结构(1)不相邻的侧面上的交换水孔(11)通过橡胶塞(4)封闭。

4.根据权利要求3所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述相邻的正六边形筒体结构(1)之间通过水孔接头(3)穿过交换水孔(11)进行连接或通过螺栓(5)穿过预留孔进行连接，所述预留孔为交换水孔(11)或其他螺栓孔。

5.根据权利要求3所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述在正六边形筒体结构(1)深度方向的六个侧面上均设有交换水孔(11)，所述交换水孔(11)呈竖向直线均匀排列，且具有交换水孔的侧面上至少具有一条呈竖向直线排列的交换水孔(11)，所述正六边形筒体结构(1)之间相邻的侧面中至少有一面的交换水孔(11)与相连的另一个正六边形筒体结构(1)侧面上的交换水孔(11)错层分布，即该相连的两个侧面的交换水孔(11)不处于同一水平面。

6.根据权利要求3所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述盖板(2)为可拆卸结构，所述正六边形盖板2的边长为2m-4m，厚度为0.1m-0.2m；盖板2中部设置进出水孔至少一个，孔径为0.05m-0.2m。

7.根据权利要求3所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述标准结构单元的材料为混凝土或玻璃钢，所述标准结构单元在垂直道路方向至少为3个；当标准结构单元中的正六边形筒体结构(1)的材料为混凝土时，所述正六边形筒体结构(1)的截面边长为2m-4m，高度为5m-15m，厚度为0.1m-0.2m；当标准结构单元中的正六边形筒体结构(1)的材料为玻璃钢时，所述正六边形筒体结构(1)的截面边长为1m-3m，高度为5m-15m，厚度为0.01m-0.03m。

8.根据权利要求3所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述水孔接头(3)为中空的橡胶套管，所述橡胶套管为两侧是圆环形橡胶垫(31)与中间的圆形中空橡胶管(32)组成，所述圆形中空橡胶管(32)及圆环形橡胶垫(31)内设置有螺旋弹簧。

9.根据权利要求6所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构的应用，其特征在于：所述橡胶塞(4)为中空橡胶管(42)一侧连接有圆盘橡胶垫(41)，中空橡胶管(42)的另一侧可以为开口或闭口结构且略呈锥台形。

10.根据权利要求1或2所述的一种城市用蜂窝状的蓄水，灌溉及减振周期结构，其特征在于：所述标准结构单元的底部设计有1％-20％坡度的斜坡。

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