CN218405513U - 一种基于局域共振机制的周期隔震基础 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于局域共振机制的周期隔震基础，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的正方体，结构单胞包括混凝土套层、橡胶填充层和钢芯，橡胶填充层设置在混凝土套层的中心位置，四个钢芯镶嵌设置在橡胶填充层的内部，钢芯为方形钢柱。本实用新型采用上述结构的基于局域共振机制的周期隔震基础，能够解决传统隔震基础产生水平位移大对建筑产生破坏的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及隔震基础技术领域，尤其是涉及一种基于局域共振机制的周期隔震基础。
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。
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。
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。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于局域共振机制的周期隔震基础，解决传统隔震基础产生水平位移大对建筑产生破坏的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于局域共振机制的周期隔震基础，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的正方体，结构单胞包括混凝土套层、橡胶填充层和钢芯，橡胶填充层设置在混凝土套层的中心位置，四个钢芯镶嵌设置在橡胶填充层的内部，钢芯为方形钢柱。
优选的，橡胶填充层和钢芯的结构为田字形。
优选的，橡胶填充层的材质为工业橡胶。
优选的，混凝土套层的材质为C20素混凝土。
优选的，钢芯的截面边长为0.35m，钢芯的长度为2m。
优选的，橡胶填充层的外轮廓边长为1m，橡胶填充层的壁厚为0.1m，橡胶填充层的长度为2m。
优选的，混凝土套层的外边长为2m，混凝土套层的内边长为1m，混凝土套层的壁厚为0.5m，混凝土套层的长度为2m。
因此，本实用新型采用上述结构的基于局域共振机制的周期隔震基础，具有以下有益效果：
1、与传统隔震结构相比，此周期隔震基础能够减小隔震基础本体顶部的水平位移，不仅能够衰减上部结构的加速度响应，也可以降低隔震基础本体顶部的位移响应。
2、此周期隔震基础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P波和S波，周期结构具有带隙特性，当P波和S波处于带隙频率范围内，能够有效衰减P波和S波。
3、此周期隔震基础采用局域共振型结构尺寸更加合适，易于实现；隔震基础本体的材料易获得，制备简单，钢、橡胶和混凝土三种材料，均为是结构施工中常见的材料；此周期隔震基础应用范围广泛，可兼具不同用途，能够对因各种原因产生该频率范围的振动进行有效的衰减。
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为本实用新型一种基于局域共振机制的周期隔震基础实施例的整体结构示意图。
图2为本实用新型一种基于局域共振机制的周期隔震基础实施例的结构单胞示意图；
图3为本实用新型一种基于局域共振机制的周期隔震基础实施例的结构单胞正视图。
附图标记
1、隔震基础本体；2、建筑物；3、结构单胞；4、混凝土套层；5、橡胶填充层；6、钢芯。
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为本实用新型一种基于局域共振机制的周期隔震基础实施例的整体结构示意图。图2为本实用新型一种基于局域共振机制的周期隔震基础实施例的结构单胞示意图；图3为本实用新型一种基于局域共振机制的周期隔震基础实施例的结构单胞正视图。
如图所示，本实用新型所述的一种基于局域共振机制的周期隔震基础，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的正方体。结构单胞3包括混凝土套层4、橡胶填充层5和钢芯6，橡胶填充层5设置在混凝土套层4的中心位置。橡胶填充层5和钢芯6的结构为田字形。四个钢芯6镶嵌设置在橡胶填充层5的内部，钢芯6的外壁与橡胶填充层5的内壁紧密贴合。橡胶填充层5外侧覆盖混凝土套层4，使混凝土套层4的内壁与橡胶填充层5的外壁紧密贴合。混凝土套层4、橡胶填充层5和钢芯6的长度相同，且前后表面均平齐。
钢芯6为方形钢柱，橡胶填充层5的材质为工业橡胶，混凝土套层4的材质为C20素混凝土。钢芯6的截面边长为0.35m，钢芯6的长度为2m。橡胶填充层5的外轮廓边长为1m，橡胶填充层5的壁厚为0.1m，橡胶填充层5的长度为2m。混凝土套层4的外边长为2m，混凝土套层4的内边长为1m，混凝土套层4的壁厚为0.5m，混凝土套层4的长度为2m。其中，混凝土套层4的密度ρ1＝2500kg/m3，杨氏模量E1＝4×1010Pa，泊松比γ1＝0.2；橡胶填充层5的密度ρ2＝1300kg/m3，杨氏模量E2＝1.02×105Pa，泊松比γ2＝0.47；钢芯6的密度ρ3＝7850kg/m3，杨氏模量E3＝2.1×1011Pa，泊松比γ3＝0.3。
本实用新型既作为建筑的下部承重结构，也能够衰减地震体波从而保护建筑物2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。
本实用新型相对于传统结构，隔震基础本体1能够减小隔震基础本体1顶部的水平位移，不仅能够衰减上部结构的加速度响应，也可以降低隔震基础本体1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更加合适，易于实现。隔震基础本体1的材料易获得，制备简单。结构单胞3的材料主要包括为钢、橡胶和混凝土三种材料，均为是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。本实用新型应用范围广泛，可兼具不同用途，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。
因此，本实用新型采用上述结构的基于局域共振机制的周期隔震基础，既能够作为建筑的下部承重结构，也能够衰减地震体波从而保护建筑物结构，采用此周期隔震基础还能够减小隔震基础本体顶部的水平位移。
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)
1.一种基于局域共振机制的周期隔震基础，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的正方体，结构单胞包括混凝土套层、橡胶填充层和钢芯，橡胶填充层设置在混凝土套层的中心位置，四个钢芯镶嵌设置在橡胶填充层的内部，钢芯为方形钢柱。
2.根据权利要求1所述的基于局域共振机制的周期隔震基础，其特征在于：橡胶填充层和钢芯的结构为田字形。
3.根据权利要求1所述的基于局域共振机制的周期隔震基础，其特征在于：橡胶填充层的材质为工业橡胶。
4.根据权利要求1所述的基于局域共振机制的周期隔震基础，其特征在于：混凝土套层的材质为C20素混凝土。
5.根据权利要求1所述的基于局域共振机制的周期隔震基础，其特征在于：钢芯的截面边长为0.35m，钢芯的长度为2m。
6.根据权利要求1所述的基于局域共振机制的周期隔震基础，其特征在于：橡胶填充层的外轮廓边长为1m，橡胶填充层的壁厚为0.1m，橡胶填充层的长度为2m。
7.根据权利要求1所述的基于局域共振机制的周期隔震基础，其特征在于：混凝土套层的外边长为2m，混凝土套层的内边长为1m，混凝土套层的壁厚为0.5m，混凝土套层的长度为2m。
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| CN202222771287.0U CN218405513U (zh) | 2022-10-20 | 2022-10-20 | 一种基于局域共振机制的周期隔震基础 |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202222771287.0U Active CN218405513U (zh) | 2022-10-20 | 2022-10-20 | 一种基于局域共振机制的周期隔震基础 |
Country Status (1)
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2022
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