CN218373990U - 一种crs嵌套式三维周期隔震基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CRS嵌套式三维周期隔震基础，包括隔震基础本体，隔震基础本体设置在建筑物的底端，隔震基础本体包括若干个结构单胞，隔震基础本体由结构单胞沿x、y、z三个垂直方向向外周期延拓而成，结构单胞为边长2m、厚度1m的长方体，结构单胞包括外裹层、内裹层和核心，内裹层设置在外裹层内部的中心位置，核心设置在内裹层内部的中心位置，外裹层为混凝土套层，内裹层为橡胶层，核心为实心钢环。本实用新型采用上述结构的CRS嵌套式三维周期隔震基础，能够解决传统的隔震结构结构复杂不易于维修以及隔震效果差的问题。

Description

一种CRS嵌套式三维周期隔震基础

技术领域

本实用新型涉及隔震基础技术领域，尤其是涉及一种CRS嵌套式三维周期隔震基础。

背景技术

地震是地壳快速释放能量过程中造成振动随之产生地震波的一种自然现象。我国的地震活动震源浅、分布广、频度高、强度大，往往会给我国人民造成灾难性的后果。周期结构在工程抗震领域中的主要应用为地震超材料，地震超材料具有带隙特性，处于带隙频率范围内的地震波无法通过超材料结构。地震超材料按所处位置不同可分为周期波屏障和周期隔震基础，周期隔震基础在衰减域内可以过滤任意方向的地震波，相对于周期性波屏障结构，其既可作为下部承重结构，同时也不占用地下空间，为结构隔震减振提供了新的研究思路。

目前应用的传统隔震技术，如高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座或摩擦摆支座，均可以有效降低上部结构的地震动水平响应，但由于隔震支座的水平刚度较小，因此容易产生较大的水平位移，对建筑内部的管线等结构造成破坏，而且目前的隔震基础结构复杂，不易维修。本实用新型公开了涉及一种基于局域共振机制的周期隔震不仅能够衰减上部结构的加速度响应，也可以降低基础顶部的位移响应，而且结构简单、易于维修。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种CRS嵌套式三维周期隔震基础，解决传统的隔震结构结构复杂不易于维修以及隔震效果差的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种CRS嵌套式三维周期隔震基础，包括隔震基础本体，隔震基础本体设置在建筑物的底端，隔震基础本体包括若干个结构单胞，隔震基础本体由结构单胞沿x、y、z三个垂直方向向外周期延拓而成，结构单胞为边长2m、厚度1m的长方体，结构单胞包括外裹层、内裹层和核心，内裹层设置在外裹层内部的中心位置，核心设置在内裹层内部的中心位置，外裹层为混凝土套层，内裹层为橡胶层，核心为实心钢环。

优选的，外裹层的外边长为2m，外裹层的内边长为1.5m，外裹层的厚度为1m，外裹层的壁厚0.25m。

优选的，外裹层的材质为C20素混凝土。

优选的，内裹层的边长为1.5m，内裹层的厚度为0.5m。

优选的，内裹层的材质为工业橡胶。

优选的，核心的大半径为0.5m，核心的小半径为0.25m，核心的厚度为0.5m。

优选的，核心的材质为低碳钢。

因此，本实用新型采用上述结构的CRS嵌套式三维周期隔震基础，具有以下有益效果：

1、本周期隔震基础的材料易获得，制备简单，用材料主要包括为钢、橡胶和混凝土三种材料，均是结构施工中常见的材料，制备简单，同时方便维修更换。

2、本周期隔震基础具有带隙特性，处于带隙范围内的地震波无法通过结构，从而达到控制衰减地震波的目的，保护建筑结构；本周期隔震基础相对于传统结构，周期基础能够减小基础顶部的水平位移。

3、本周期隔震基础的应用范围广泛，可兼具不同用途。本周期隔震基础带隙范围内的竖向地震波具有明显的衰减作用，隔震基础本体还能够针对不同的地区或场地条件进行自适应性改变；本周期隔震基础还对因其他原因产生该频率范围的振动进行有效的衰减，如地铁火车轨道振动、人为施工或机器使用等环境振动。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型一种CRS嵌套式三维周期隔震基础实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型一种CRS嵌套式三维周期隔震基础实施例的结构单胞示意图；

图3为本实用新型一种CRS嵌套式三维周期隔震基础实施例的结构单胞俯视图。

附图标记

1、隔震基础本体；2、建筑物；3、结构单胞；4、外裹层；5、内裹层；6、核心。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

图1为本实用新型一种CRS嵌套式三维周期隔震基础实施例的整体结构示意图；图2为本实用新型一种CRS嵌套式三维周期隔震基础实施例的结构单胞示意图；图3为本实用新型一种CRS嵌套式三维周期隔震基础实施例的结构单胞俯视图。

如图所示，一种CRS嵌套式三维周期隔震基础，包括隔震基础本体1，隔震基础本体1设置在建筑物2的底端。隔震基础本体1包括若干个结构单胞3，隔震基础本体1由结构单胞3沿x、y、z三个垂直方向向外周期延拓而成，结构单胞3为边长2m、厚度1m的长方体。结构单胞3是由混凝土(Concrete)、橡胶(Rubber)和钢(Steel)三种材料组成的嵌套结构，简称为CRS结构。

结构单胞3包括外裹层4、内裹层5和核心6，内裹层5设置在外裹层4内部的中心位置，核心6设置在内裹层5内部的中心位置。外裹层4为混凝土套层，内裹层5为橡胶层，核心6为实心钢环。实心钢环外裹上橡胶层，使实心钢环与橡胶层的内壁紧密贴合，在内裹橡胶层外侧覆盖混凝土套层，使混凝土套层的内壁与内裹橡胶层的外壁紧密贴合。外裹层4、内裹层5、核心6的形心重合。外裹层4的材质为C20素混凝土，内裹层5的材质为工业橡胶，核心6的材质为低碳钢。外裹层4的外边长为2m，外裹层4的内边长为1.5m，外裹层4的厚度为1m，外裹层4的壁厚0.25m。内裹层5的边长为1.5m，内裹层5的厚度为0.5m。核心6的大半径为0.5m，核心6的小半径为0.25m，核心6的厚度为0.5m。混凝土套层的密度ρ₁＝2500kg/m³，杨氏模量E₁＝4×10¹⁰Pa，泊松比γ₁＝0.2。橡胶层的密度ρ₂＝1300kg/m³，杨氏模量E₂＝1.02×10⁵Pa，泊松比γ₂＝0.47。实心钢环的密度ρ₃＝7850kg/m3，杨氏模量E₃＝2.1×10¹¹Pa，泊松比γ₃＝0.3。

本周期隔震基础具有带隙特性，处于带隙范围内的地震波无法通过结构，从而达到控制衰减地震波的目的，保护建筑结构。隔震基础本体1能够有效衰减带隙范围内的竖向地震波，对竖向地震波，可以解耦为一个压缩波(P波)和两个分别沿平面两垂直方向振动的剪切波(S波)，周期结构具有带隙特性，当压缩波和剪切波处于带隙频率范围内，即频散方程在实空间内无解对应处于衰减域，能够有效衰减P波和S波。

隔震基础本体1相对于传统结构，隔震基础本体1能够减小基础顶部的水平位移。目前应用的传统隔震技术，如高阻尼橡胶支座、铅芯橡胶支座或摩擦摆支座，均可以有效降低上部结构的地震动水平响应，但由于隔震支座的水平刚度较小，因此容易产生较大的水平位移，对建筑内部的管线等结构造成破坏。而本周期隔震基础不仅能够衰减上部结构的加速度响应，也可以降低基础顶部的位移响应。隔震基础本体1采用局域共振型结构尺寸合适，易于实现。周期结构根据衰减域产生机理的不同分为布拉格散射型结构和局域共振型结构。基于布拉格散射机制的周期结构，其衰减域内的入射波和反射波相互叠加使得周期结构中没有波动模态与该频率对应，从而起到衰减波效果，达到阻隔地震波的效果，影响其带隙因素主要包括结构的材料参数和几何参数，如芯体和基体的密度、弹性模量、填充物的形状和填充率等，但布拉格散射要求结构的单元尺寸与波长大小相近，导致结构单元尺寸过大，受生产制备限制难以投入实际应用；而基于局域共振机制的周期结构，衰减域内的弹性波会激发内部散射体的共振模态，周期结构的共振模式与行波的分量发生耦合，使得周期结构的振动沿传播方向不断衰减，局域共振型地震超材料的结构尺寸可以比地震波尺寸小2-3个数量级。

隔震基础本体1的材料易获得，制备简单，用材料主要包括为钢、橡胶和混凝土三种材料，结构施工中常见的材料，并且结构构型规则，制备工艺相对简单。隔震基础本体1还能够针对不同的地区或场地条件进行自适应性改变。根据所在地区的场地条件和被保护建筑的高度等参数，可以通过改变和调整结构单胞3的各组分厚度、结构的高度等几何参数，以及密度、弹性模量等材料参数，得到满足目标要求的带隙频率。隔震基础本体1的应用范围广泛，可兼具不同用途。隔震基础本体1除对带隙范围内的竖向地震波具有明显的衰减作用外，还对因其他原因产生该频率范围的振动进行有效的衰减，如地铁火车轨道振动、人为施工或机器使用等环境振动，一般作为基础应用于大型工业基地、精密实验室、核电站等对隔震减振要求较高的建筑结构。

因此，本实用新型采用上述结构的CRS嵌套式三维周期隔震基础，能够解决传统的隔震结构结构复杂不易于维修以及隔震效果差的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种CRS嵌套式三维周期隔震基础，其特征在于：包括隔震基础本体，隔震基础本体设置在建筑物的底端，隔震基础本体包括若干个结构单胞，隔震基础本体由结构单胞沿x、y、z三个垂直方向向外周期延拓而成，结构单胞为边长2m、厚度1m的长方体，结构单胞包括外裹层、内裹层和核心，内裹层设置在外裹层内部的中心位置，核心设置在内裹层内部的中心位置，外裹层为混凝土套层，内裹层为橡胶层，核心为实心钢环。

2.根据权利要求1所述的CRS嵌套式三维周期隔震基础，其特征在于：外裹层的外边长为2m，外裹层的内边长为1.5m，外裹层的厚度为1m，外裹层的壁厚0.25m。

3.根据权利要求2所述的CRS嵌套式三维周期隔震基础，其特征在于：外裹层的材质为C20素混凝土。

4.根据权利要求1所述的CRS嵌套式三维周期隔震基础，其特征在于：内裹层的边长为1.5m，内裹层的厚度为0.5m。

5.根据权利要求4所述的CRS嵌套式三维周期隔震基础，其特征在于：内裹层的材质为工业橡胶。

6.根据权利要求1所述的CRS嵌套式三维周期隔震基础，其特征在于：核心的大半径为0.5m，核心的小半径为0.25m，核心的厚度为0.5m。

7.根据权利要求6所述的CRS嵌套式三维周期隔震基础，其特征在于：核心的材质为低碳钢。

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