负泊松比框架结构、谐振器及其安装方法、面波屏障装置

本发明涉及土木工程环境隔震，尤其是涉及一种负泊松比框架结构、谐振器及其安装方法、面波屏障装置。

背景技术：

1、我国地震活动表现为震源浅、分布广、频度高、强度大，是一个震灾严重的国家。建筑物抗震常用措施包括:减震消能、结构抗震、隔震及多种方法相结合。

2、现有的减震消能方法是将地震输入结构的能量引向特别的装置进行消耗，以保护主体结构的安全。但是消能元件与主体结构常常为一体，经常引起主体结构出现弹塑性变形。减震方法按采用手段可分为主动、半主动和混合控制3种方法。前两种方法存在一些问题，比如半主动控制具有较强的局限性，主动控制稳定性较差且影响因素较多，对于宽频减震效果不佳。因而，能够兼有不同控制方法优点又能避免其缺点的减震方法被广泛研究和应用。地震波包含纵波、横波、lamb波、rayleigh波，其中纵波与横波为体波，传播方向与振动方向一致，是对既有地下建筑物危害最大的一种波；而rayleigh波、lamb为面波，振动方向与椭圆形传播形态方向垂直，是对既有地表建筑物危害最大的两种波。而以往的隔震屏障考虑对高频面波进行隔离，而没有考虑低频面波进行隔离，以致隔震效果不佳。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种负泊松比框架结构、谐振器及其安装方法、面波屏障装置。

2、根据本发明第一方面实施例的负泊松比框架结构，其中，负泊松比框架结构由第一结构、第二结构、第三结构和第四结构依次固定连接形成回路组成稳定结构，其中，

3、第一结构包括：

4、若干c字型橡胶块、卯榫橡胶块和碳钢法兰盘，卯榫橡胶块靠近端部的四个侧面预留有镂空位，镂空位沿卯榫橡胶块周身依次榫卯连接c字型橡胶块，远离镂空位的卯榫橡胶块端部固定连接有碳钢法兰盘；

5、第二结构、第三结构、第四结构均与第一结构结构相同，第一结构、第二结构、第三结构、第四结构之间通过橡胶固定连接块将相邻结构间的c字型橡胶块固定连接，形成负泊松比框架结构。

6、根据本发明实施例的负泊松比框架结构，通过采用榫卯连接的框架层结构依次固接形成负泊松比框架回路结构使其不仅稳定而且富有弹性，在保证其能承受较大负荷的同时还能允许产生一定的变形，抵消一定的地震能量，提升了负泊松比框架结构的整体性能，应用于隔震减震中具备更好的效果。

7、根据本发明的一些实施例，c字型橡胶块包括第一c字型橡胶块a、第一c字型橡胶块b、第一c字型橡胶块c和第一c字型橡胶块d，第一c字型橡胶块a、第一c字型橡胶块b、第一c字型橡胶块c以及第一c字型橡胶块d依次与镂空位榫卯连接，其中第一c字型橡胶块c的竖直部和第一c字型橡胶块d的竖直部均设有凹槽，用于橡胶固定连接块连接两个相邻结构。

8、根据本发明的一些实施例，第一c字型橡胶块c和第一c字型橡胶块d邻位设置，便于通过橡胶固定连接块将相邻结构间的c字型橡胶块固定连接，使得第一结构、第二结构、第三结构和第四结构依次固定连接形成回路组成稳定的负泊松比框架结构。

9、根据本发明的一些实施例，第一结构中的卯榫橡胶块数目为两块，且关于c字型橡胶块对称设置，其中卯榫橡胶块的截面形状均是底面为正方形的直四棱柱体，四个侧面均设有镂空位，以便于c字型橡胶块两端能够嵌入稳固。

10、根据本发明第二方面实施例的谐振器，其中包括谐振器内含物和混凝土封装箱，其中，谐振器内含物包括：

11、负泊松比框架结构；

12、球形钢柱，经过球形钢柱球心所在面的球形钢柱表面平均分布有若干个对称分布的安装平面；

13、第一圆形npr板，第一圆形npr板固定安装在安装平面上，远离安装平面的第一圆形npr板侧面固定安装有负泊松比框架结构；

14、第二圆形npr板，第二圆形npr板固定安装在远离第一圆形npr板的负泊松比框架结构上，形成谐振器内含物；

15、混凝土封装箱由两侧开口贯通的混凝土封装箱主体、第一混凝土盖和第二混凝土盖组成，谐振器内含物设置于混凝土封装箱内，形成谐振器。

16、根据本发明实施例的谐振器，通过本发明设计的整体结构，与现有技术相比，可有效地在地震波相互作用时，打开低频超宽带隙，当位于此带隙频率范围内的地震波作用在一种npr十字球形钢柱组合式新型超材料面波隔震屏障时，隔震屏障将此频率范围内的低频面波转化为向地底传播的体波,从而达到衰减低频地震波的目的，从而进一步保护地表的既有建筑物。

17、根据本发明的一些实施例，球形钢柱采用优质碳素钢制成，球形钢柱由三根钢柱和一个钢球构成，三根钢柱的尺寸和材料相同，钢柱和钢球的材料相同，其中一根钢柱设置在竖直方向上，另两根钢柱分别设置在水平方向和前后方向上，三根钢柱分别从钢球内部通过，三根钢柱在中点位置处相交，且钢柱的直径与负泊松比框架结构所在的外接圆直径相等，可以很好的接收地震波传递过来的能量并不产生大变形进而使整体结构失稳。

18、根据本发明的一些实施例，混凝土封装箱主体为空心长方体结构，混凝土封装箱主体外侧面为为长方形，混凝土封装箱主体开口大小与第一混凝土盖和第二混凝土盖的尺寸均相等，便于均匀接收地震的波能量。

19、根据本发明的一些实施例，负泊松比框架结构与第一圆形npr板通过碳钢法兰盘及螺栓固定连接；

20、负泊松比框架结构与第二圆形npr板通过碳钢法兰盘及螺栓固定连接。

21、根据本发明第三方面实施例的谐振器安装方法，其中包括如下内容：

22、预置混凝土封装箱，包括在安装基台上放置第二混凝土盖，然后将混凝土封装箱主体放置于第二混凝土盖上；

23、谐振器内含物组装，将第一圆形npr板、负泊松比框架结构、第二圆形npr板依次连接后安装于球形钢柱的安装平面上，完成单方位组装，以此类推，分别完成球形钢柱其余三个安装平面的组装，得到谐振器内含物，

24、谐振器组装，将谐振器内含物放置在第二混凝土盖，然后将第一混凝土盖放置在混凝土封装箱主体上，得到谐振器。

25、根据本发明第四方面实施例的面波屏障装置，其中，包括若干个如上述的谐振器周期性布置于建筑物地表周围，形成建筑物的面波屏障，可以隔离对既有地表建筑物有害的面波并产生低频带隙特点。

26、根据本发明实施例的面波屏障装置，通过将本发明的隔震谐振器周期性的布置在既有地表建(构)筑物周围地表形成一种npr十字球形钢柱组合式新型超材料面波隔震屏障，本发明在与地震波相互作用时，打开低频超宽带隙，当位于此带隙频率范围内的地震波作用在本发明谐振器面波隔震屏障时，隔震屏障将此频率范围内的低频面波转化为向地底传播的体波,从而达到衰减低频地震波的目的，进而保护了地表的既有建(构)筑物。

27、当地震波辐射到本发明的面波隔震屏障上，由于同时隔离面波的新型超材料结构谐振作用产生的带隙，在此带隙范围内的对既有地表建筑物有害的面波就会被隔离，进而达到低频地震波隔振效果。

28、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。