一种周期性结构的变截面梁

1.本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种周期性结构的变截面梁。


背景技术：

2.梁作为土木工程中的基本构件，是振动的主要承担者和传递者，也是振动控制的主要对象。当梁被设计成周期性结构形式时，它将以天然材料无法实现的方式对声波和振动进行控制。这种对声波和振动的控制的主要理论是周期结构特有的带隙特性，即周期结构对于弹性波具有选择性穿透作用，处于衰减域内的弹性波不能透过周期结构，而处于衰减域外的弹性波可以透过周期结构。周期结构的带隙特性强烈依赖于单胞的几何和材料特性，一旦材料和几何参数确定，大多数传统的周期结构只能在固定的频率范围内起到减振作用。然而，实际工程中的振动环境是复杂多变的，因此寻求一种可以对带隙进行原位调控的周期结构是实际工程中迫切需要的。
3.在经典弹性理论中，通常假设弹性模量与应力状态无关，即材料在拉伸和压缩时弹性模量相等。但实际上，许多在工程中具有广泛应用的传统材料，例如岩石、混凝土、橡胶、陶瓷等都具有拉压不对称的性质，即在受拉和受压情况下材料弹性模量是不同的。周期结构的带隙特性强烈依赖于单胞的几何和材料特性，因此材料的弹性模量变化会对其带隙特性产生较大影响，通过在周期结构中应用这一性质可以在一定范围内调节带隙（隔振范围）。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决变截面梁无法较好的隔绝低频振动以及无法调节隔振频率的技术问题，提供了一种周期性结构的变截面梁，该变截面梁能隔绝土木工程领域的低频振动且隔振频率可以通过外加力场进行调节。
5.为本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：
6.一种周期性结构的变截面梁，包括梁芯、第一包覆层和多个第二包覆层；所述的第一包覆层包裹设置在梁芯的外壁上；多个所述的第二包覆层间隔排列包裹在第一包覆层的外壁上，并使第一包覆层上形成被第二包覆层包裹的包裹部和未被第二包覆层包裹的未包裹部；所述的包裹部和所述的未包裹部呈周期性间隔排列。该变截面梁能隔绝土木工程领域的低频振动且隔振频率可以通过外加力场进行调节。
7.作为优选，所述的包裹部的长度大于所述的未包裹部的长度。
8.作为优选，所述的变截面梁的两端均为包裹的第二包覆层。
9.作为优选，所述的梁芯的截面呈t型状，且梁芯采用钢材料制成。
10.作为优选，所述的第一包覆层的外圈截面呈矩形状，且第一包覆层采用橡胶材料制成。
11.作为优选，所述的第二包覆层的外圈截面呈矩形状，且第二包覆层采用混凝土材料制成。
12.作为优选，所述的第二包覆层矩形的相邻侧边与所述的第一包覆层矩形的相邻侧边平行。
13.作为优选，所述的梁芯t型的横竖分别与第一包覆层矩形的相邻侧边平行。
14.采用上述技术方案的一种周期性结构的变截面梁，该变截面梁的结构形式呈现周期变化，使得带隙的频率范围更低，减振性能更好。
15.通过施加力场来调节带隙范围进而改变隔振的频率。力场的作用体现在通过对周期性变截面梁两侧施加轴向应力，轴向应力的大小和方向均会影响带隙，从而达到适用复杂多变的振动环境的目的。
16.在该变截面梁的两端施加轴向应力，由于混凝土和橡胶具有双模量特性，施加的轴向应力方向会改变混凝土的弹性模量，从而改变带隙范围，为该周期性变截面梁带隙可调提供一种可能。
17.综上所述，本实用新型的优点是能隔绝土木工程领域的低频振动且隔振频率可以通过外加力场而调节的周期性变截面梁。
附图说明
18.图1是本实用新型一种周期性结构的变截面梁的结构示意图。
19.图2是本实用新型中变截面梁a处的剖视图。
20.其中：1、梁芯；2、第一包覆层；3、第二包覆层；31、包裹部；32、未包裹部。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
22.如图1至图2所示，一种周期性结构的变截面梁，包括梁芯1、第一包覆层2和多个第二包覆层3；梁芯1的截面呈t型状，且梁芯1的t型纵杆朝上，梁芯1采用钢材料制成。第一包覆层2包裹设置在梁芯1的外壁上，第一包覆层2的外圈截面呈矩形状，且第一包覆层2采用橡胶材料进行包覆。多个第二包覆层3间隔排列包裹在第一包覆层2的外壁上，并使第一包覆层2上形成被第二包覆层3包裹的包裹部31和未被第二包覆层3包裹的未包裹部32；包裹部31的长度大于所述的未包裹部32的长度，且该变截面梁的两端均为包裹的第二包覆层3，包裹部31和所述的未包裹部32呈周期性间隔排列。通过呈现周期变化的结构形式，使得带隙的频率范围更低，减振性能更好。第二包覆层3的外圈截面呈矩形状，且第二包覆层3采用混凝土材料进行包覆。第二包覆层3矩形的相邻侧边与所述的第一包覆层2矩形的相邻侧边平行。梁芯1t型的横竖分别与第一包覆层2矩形的相邻侧边平行。通过第二包覆层3采用混凝土和梁芯1采用t型钢的材料具备一定的承载能力，能应用于土木工程领域，并且在该变截面梁的两端施加轴向应力，由于第二包覆层3采用混凝土和第一包覆层2采用橡胶具有双模量特性，施加的轴向应力方向（即拉应力和压应力）会改变混凝土的弹性模量，从而改变带隙范围，为该周期性变截面梁带隙可调提供一种可能。
23.通过施加力场来调节带隙范围进而改变隔振的频率。力场的作用体现在通过对周期性变截面梁两侧施加轴向应力（施加轴向拉应力时，相当于增加了梁的刚度；施加轴向压应力时，相当于减小了梁的刚度），轴向应力的大小和方向均会影响带隙（隔振范围），从而达到适用复杂多变的振动环境的目的。
24.综上所述，本实用新型的优点能隔绝土木工程领域的低频振动且隔振频率可以通过外加力场而调节的周期性变截面梁。


技术特征：
1.一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，包括梁芯（1）、第一包覆层（2）和多个第二包覆层（3）；所述的第一包覆层（2）包裹设置在梁芯（1）的外壁上；多个所述的第二包覆层（3）间隔排列包裹在第一包覆层（2）的外壁上，并使第一包覆层（2）上形成被第二包覆层（3）包裹的包裹部（31）和未被第二包覆层（3）包裹的未包裹部（32）；所述的包裹部（31）和所述的未包裹部（32）呈周期性间隔排列。2.根据权利要求1所述的一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，所述的包裹部（31）的长度大于所述的未包裹部（32）的长度。3.根据权利要求1所述的一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，所述的变截面梁的两端均为包裹的第二包覆层（3）。4.根据权利要求1所述的一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，所述的梁芯（1）的截面呈t型状，且梁芯（1）采用钢材料制成。5.根据权利要求4所述的一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，所述的第一包覆层（2）的外圈截面呈矩形状，且第一包覆层（2）采用橡胶材料制成。6.根据权利要求5所述的一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，所述的第二包覆层（3）的外圈截面呈矩形状，且第二包覆层（3）采用混凝土材料制成。7.根据权利要求6所述的一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，所述的第二包覆层（3）矩形的相邻侧边与所述的第一包覆层（2）矩形的相邻侧边平行。8.根据权利要求7所述的一种周期性结构的变截面梁，其特征在于，所述的梁芯（1）t型的横竖分别与第一包覆层（2）矩形的相邻侧边平行。

技术总结
本实用新型涉及土木工程技术领域，一种周期性结构的变截面梁，包括梁芯、第一包覆层和多个第二包覆层；所述的第一包覆层包裹设置在梁芯的外壁上；多个所述的第二包覆层间隔排列包裹在第一包覆层的外壁上，并使第一包覆层上形成被第二包覆层包裹的包裹部和未被第二包覆层包裹的未包裹部；所述的包裹部和所述的未包裹部呈周期性间隔排列。本实用新型的优点是能隔绝土木工程领域的低频振动且隔振频率可以通过外加力场而调节的周期性变截面梁。以通过外加力场而调节的周期性变截面梁。以通过外加力场而调节的周期性变截面梁。


技术研发人员：章泽阳 袁丽莉 江蒿哲
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：2021.09.27
技术公布日：2022/6/17