CN114108860A - 一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞及其制备方法 - Google Patents

一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑物抗震技术领域，具体涉及一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞及其制备方法。本发明引入一种周期性隔震技术，利用混凝土包裹钢柱共同组成散射体，在散射体外部包裹弹性基体，多组具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞相邻排列成阵列。当地震波或其它弹性波传来时，通过散射体的振动从而打开带隙，隔绝特定频率的地震波，使得地震波无法通过，进而起到减震的效果。本发明不同于以往的橡胶隔震支座通过延长结构自振周期从而达到减震效果，设计出一种具有低频带隙特性的单胞，用此单胞组成一种减震装置，当地震波或其它弹性波传来，将特定范围的弹性波隔断，从而对建筑物进行保护。

Description

一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑物抗震技术领域，具体涉及一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞及其制备方法。
背景技术
传统的抗震设计主要依靠加大构件截面尺寸和配筋，提高结构的强度和延性来低于地震，这种属于被动抗震，遭遇大地震时，损坏严重，甚至发生坍塌的危险。基础隔震是在房屋基础与底部或下部结构与上部结构之间设置由叠层橡胶隔震支座和阻尼装置等部件组成具有整体复位功能的隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，减少输入上部结构的水平地震作用，达到预期防震要求。但当建筑物高度或高宽比过大时，容易造成水平位移过大进而引起倾覆。消能减震是在房屋结构中设置消能器，通过消能器的相对变形和相对速度提供附加阻尼，消耗输入上部结构的地震能量，从而达到预期防震要求。但当建筑物刚度较大，层间位移转角较小时，难以达到预期减震效果。近几年兴起的周期性隔震基础，是一种新的隔震思想。通过引入声子晶体的能带理论，处于某些频段的弹性波在周期性结构中传播时，在不同材料界面上会产生折射及反射现象，折射波、反射波与入射波相互叠加会使该频段的弹性波不能够透过周期性结构，该频段称为衰减域，但现有的周期性隔震结构不能很好的覆盖地震波的主要频段，并且竖向承载力不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞及其制备方法。
一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞，包括弹性基体、混凝土框架和钢柱；所述弹性基体为空心无盖的立方体结构；所述混凝土框架为圆弧结构，四个圆弧结构的混凝土框架构成混凝土包覆层；所述混凝土包覆层安装在弹性基体内部，并与弹性基体内部相切；所述钢柱为截面形状为正方形的棱柱，钢柱嵌入混凝土包覆层中央组成散射体，钢柱的四条棱边均被混凝土包覆层包裹；当地震波或其它弹性波传来时，通过弹性基体内部的散射体的共振从而打开低频带隙，隔绝特定频率的地震波，使地震波无法通过，进而起到减震的效果。
一种制备具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞的方法，包括以下步骤：
步骤1：根据需求，计算结构尺寸、内部混凝土框架以及钢柱尺寸，制作混凝土框架模具；
步骤2：将混凝土框架模具插入弹性基体中，并浇筑混凝土；
步骤3：将混凝土框架模具拆除，将钢柱嵌入混凝土，并对弹性基体与混凝土框架接触面进行加固。
本发明的有益效果在于：
本发明引入一种周期性隔震技术，利用混凝土包裹钢柱共同组成散射体，在散射体外部包裹弹性基体，多组具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞相邻排列成阵列。当地震波或其它弹性波传来时，通过散射体的振动从而打开带隙，隔绝特定频率的地震波，使得地震波无法通过，进而起到减震的效果。本发明不同于以往的橡胶隔震支座通过延长结构自振周期从而达到减震效果，设计出一种具有低频带隙特性的单胞，用此单胞组成一种减震装置，当地震波或其它弹性波传来，将特定范围的弹性波隔断，从而对建筑物进行保护。
附图说明
图1为本发明中一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞的示意图。
图2为本发明中一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞的平面图。
图3为多组减震单胞排列成阵列后组成具有低频带隙特性减震装置的示意图。
图4为多组减震单胞排列成阵列后组成具有低频带隙特性减震装置的平面图。
图5为制备具有低频带隙特性减震装置的混凝土框架模具的示意图。
图6为制备具有低频带隙特性减震装置的弹性基体示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
为了提供建筑物的抗震性能，本发明引入一种周期性隔震技术，提出了一种具有声子晶体低频带隙特性的减震装置。本发明利用混凝土包裹钢柱共同组成散射体，在散射体外部包裹弹性基体与相邻单元连接而成。当地震波或其它弹性波传来时，通过散射体的振动从而打开带隙，隔绝特定频率的地震波，使得地震波无法通过，进而起到减震的效果。本发明不同于以往的橡胶隔震支座通过延长结构自振周期从而达到减震效果，设计出一种具有低频带隙特性的单胞，用此单胞组成一种减震装置，当地震波或其它弹性波传来，将特定范围的弹性波隔断，从而对建筑物进行保护。
参见图1，一种具有声子晶体低频带隙特性的减震装置由多个相同的图1所示的单胞组成。一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞，包括弹性基体1、混凝土框架2和钢柱3；所述弹性基体1为空心无盖的立方体结构；所述混凝土框架2为圆弧结构，四个圆弧结构的混凝土框架2构成混凝土包覆层；所述混凝土包覆层安装在弹性基体1内部，并与弹性基体1内部相切；所述钢柱3为截面形状为正方形的棱柱，钢柱3嵌入混凝土包覆层中央组成散射体，钢柱3的四条棱边均被混凝土包覆层包裹；当地震波或其它弹性波传来时，通过弹性基体1内部的散射体的共振从而打开低频带隙，隔绝特定频率的地震波，使地震波无法通过，进而起到减震的效果。
4个圆弧构成的混凝土包覆层须与弹性基体内部相切，保证弹性基体内部与混凝土之间的连接。内部钢柱截面形状为正方形，四个顶点被混凝土包覆层包裹。可以根据需求，通过计算改变圆弧的半径和圆心位置以及内部钢柱的截面尺寸。混凝土和钢柱组成的散射体刚度大，可承载上部结构。
一种制备权利要求1所述具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞的方法，包括以下步骤：
步骤1：根据需求，计算结构尺寸、内部混凝土框架2以及钢柱3尺寸，制作混凝土框架模具；
步骤2：将混凝土框架模具插入弹性基体1中，并浇筑混凝土；
步骤3：将混凝土框架模具拆除，将钢柱3嵌入混凝土，并对弹性基体1与混凝土框架2接触面进行加固。
前述材料组合仅作为参考，可以根据需求，自行选择合适的材料进行组合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞，其特征在于：包括弹性基体(1)、混凝土框架(2)和钢柱(3)；所述弹性基体(1)为空心无盖的立方体结构；所述混凝土框架(2)为圆弧结构，四个圆弧结构的混凝土框架(2)构成混凝土包覆层；所述混凝土包覆层安装在弹性基体(1)内部，并与弹性基体(1)内部相切；所述钢柱(3)为截面形状为正方形的棱柱，钢柱(3)嵌入混凝土包覆层中央组成散射体，钢柱(3)的四条棱边均被混凝土包覆层包裹；当地震波或其它弹性波传来时，通过弹性基体(1)内部的散射体的共振从而打开低频带隙，隔绝特定频率的地震波，使地震波无法通过，进而起到减震的效果。
2.一种制备权利要求1所述具有声子晶体低频滤波特性的减震单胞的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据需求，计算结构尺寸、内部混凝土框架(2)以及钢柱(3)尺寸，制作混凝土框架模具；
步骤2：将混凝土框架模具插入弹性基体(1)中，并浇筑混凝土；
步骤3：将混凝土框架模具拆除，将钢柱(3)嵌入混凝土，并对弹性基体(1)与混凝土框架(2)接触面进行加固。
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