一种共振结构、隔震屏障及预埋式隔震系统

本发明涉及减隔震，具体是一种共振结构、隔震屏障及预埋式隔震系统。

背景技术：

1、地震由于具有不可预测性和极大的破坏性，在世界范围内已经造成了难以估量的损失，被认为是最具灾难性的自然灾害之一。地震通过地震波的形式传递能量，地震波又可以分为体波和面波，当体波传递到地球表面时会形成rayleigh波，其具有振幅大、衰减慢、传播距离远等特点，是造成建筑破坏的主要因素。

2、为了解决上述问题，传统的抗震设计研究采用增加结构整体刚度、底层引入柔性结构以及设置隔震支座等方法，如专利号“cn220266891u”所述，通过产生滑动摩擦力，使得建筑的震动通过电磁摩擦摆隔震支座减缓，以此减小地震波的破坏；但这些方法对于级数较大的地震抗震效果差，可能造成上部结构水平位移过大等问题，且存在对于已经建成的建筑难以实施等一系列局限性的问题，因此亟待解决。

技术实现思路

1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种共振结构。本发明通过在建筑附近周期布置共振结构，利用局域共振机理消耗地震波能量，实现对波的衰减和转化，从而达到隔震减震的目的，隔震效果良好。本发明还提供了一种隔震屏障及预埋式隔震系统。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种共振结构，包括至少两组呈立方体状的质量块，相邻两质量块之间通过横截面呈方形的共振柱连接，共振柱布置在质量块的几何中心处；质量块的侧壁中心处均贯穿开设有方形孔，各方形孔的孔型与共振柱的横截面尺寸对应，各方形孔交汇于质量块的几何中心处，且各方形孔布置有填充层，填充层与共振柱一体式浇筑成型。

4、作为本发明进一步的方案：所述质量块包括两组半通质量块以及至少一组全通质量块，各全通质量块布置在两半通质量块之间，其中一组半通质量块的顶部中心不开设方形孔，另一组半通质量块的底部中心不开设方形孔，至少一组半通质量块在未开孔面沿共振柱轴向布置有固定螺栓。

5、作为本发明再进一步的方案：质量块的密度ρ1为7850kg/m3,质量块的弹性模量e1为210gpa，质量块的泊松比为0.3；共振柱的密度ρ2为1300kg/m3,共振柱的弹性模量e2为1.2mpa，共振柱的泊松比为0.47。

6、作为本发明再进一步的方案：相邻两全通质量块通过共振柱连接后作为一组谐振单元，根据所需的谐振单元带隙的起始频率ωon以及谐振单元带隙的截止频率ωoff计算质量块的边长d1以及共振柱横截面的边长d2；

7、

8、其中，e2为共振柱的弹性模量；

9、l为共振柱的长度；

10、ρ1为质量块的密度；

11、ρ2为共振柱的密度；

12、d1为质量块的边长；

13、d2为共振柱横截面的边长；

14、μeff为谐振单元的有效剪切模量。

15、作为本发明再进一步的方案：计算谐振单元共振层的有效压缩波速cp,eff以及有效剪切波速cs,eff；

16、

17、

18、其中，eeff为谐振单元的有效压缩模量；

19、ρeff为谐振单元的等效密度；

20、

21、其中，meff为谐振单元的等效质量；

22、veff为谐振单元的等效体积；

23、

24、

25、其中，m1,eff为谐振单元单个质量块的等效质量；

26、m3,eff为谐振单元两质量块之间共振柱的等效质量；

27、k为谐振单元两质量块之间共振柱的等效刚度；

28、ω为波的频率。

29、作为本发明再进一步的方案：

30、一种隔震屏障，包括呈矩形且顶板可拆卸的隔离箱，所述的一种共振结构布置在隔离箱内，共振结构底部的半通质量块与隔离箱的底板抵接，固定螺栓沿轴向布置在共振结构顶部的半通质量块上，固定螺栓穿过顶板后被固定螺母锁紧固定。

31、作为本发明再进一步的方案：所述隔离箱包括四组侧板，相邻两侧板之间以及侧板与底板之间均通过连接件形成可拆卸式连接，各侧板顶部均布置有定位台阶，顶板通过定位螺栓与定位台阶螺纹锁紧固定。

32、作为本发明再进一步的方案：所述隔离箱内均匀布置有四组共振结构，各共振机构包括两组半通质量块以及两组全通质量块。

33、一种预埋式隔震系统，包括至少两组所述的隔震屏障，各隔震屏障布置在建筑物周边的地表下方，各隔震屏障的顶板与地表平齐，各隔震屏障在同一水平面上呈矩形阵列式布置。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、1、本发明通过在建筑附近周期布置共振结构，利用局域共振机理消耗地震波能量，实现对波的衰减和转化，从而达到隔震减震的目的；用装配式结构连接，结构简单、施工便捷、隔震效果好，且可以对已建成的建筑物实施保护，且共振结构维修或更换速度快，施工快捷、成本低、功能明确、减震高效，在隔震结构和装配式结构领域具有广阔的应用前景。

36、2、本发明的隔震屏障埋置在建筑物周围土体中，减震耗能高效、装配连接、原理简单、性能可靠、方便更换，隔震屏障与地面仅通过顶板隔开，内部共振结构任何位置发生破坏后，均可单独打开隔离箱对内部的共振结构进行维修更换，施工快捷且便于批量化生产。

37、3、本发明的隔震屏障在现场施工时只需将共振结构与隔离箱通过螺栓固定，节省了施工成本，并且安装方便、拆卸方便；由于隔离箱上表面接近地面，其上部可以铺设土体、地砖等，不占用任何地表空间，可以有效地对已经建成的建筑物进行隔震；共振结构的自振频率较低符合大多数记录地震波的频率，能够更加有效地与地震波产生共振从而消耗能量。

38、4、本发明的质量块以及共振柱的弹性模量及密度需要自行调节，从而改变结构的自振频率，达到衰减相应地震波能量的目的。

技术特征：

1.一种共振结构，其特征在于，包括至少两组呈立方体状的质量块，相邻两质量块之间通过横截面呈方形的共振柱(13)连接，共振柱(13)布置在质量块的几何中心处；质量块的侧壁中心处均贯穿开设有方形孔(15)，各方形孔(15)的孔型与共振柱(13)的横截面尺寸对应，各方形孔(15)交汇于质量块的几何中心处，且各方形孔(15)布置有填充层，填充层与共振柱(13)一体式浇筑成型。

2.根据权利要求1所述的一种共振结构，其特征在于，所述质量块包括两组半通质量块(11)以及至少一组全通质量块(12)，各全通质量块(12)布置在两半通质量块(11)之间，其中一组半通质量块(11)的顶部中心不开设方形孔(14)，另一组半通质量块(11)的底部中心不开设方形孔(14)，至少一组半通质量块(11)在未开孔面沿共振柱(13)轴向布置有固定螺栓(14)。

3.根据权利要求1所述的一种共振结构，其特征在于，质量块的密度ρ1为7850kg/m3,质量块的弹性模量e1为210gpa，质量块的泊松比为0.3；共振柱(13)的密度ρ2为1300kg/m3,共振柱(13)的弹性模量e2为1.2mpa，共振柱(13)的泊松比为0.47。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种共振结构，其特征在于，相邻两全通质量块(12)通过共振柱(13)连接后作为一组谐振单元，根据所需的谐振单元带隙的起始频率ωon以及谐振单元带隙的截止频率ωoff计算质量块的边长d1以及共振柱(13)横截面的边长d2；

5.根据权利要求4所述的一种共振结构，其特征在于，计算谐振单元共振层的有效压缩波速cp,eff以及有效剪切波速cs,eff；

6.根据权利要求5所述的一种共振结构，其特征在于，

7.一种隔震屏障，其特征在于，包括呈矩形且顶板(22)可拆卸的隔离箱(2)，如权利要求1～3中任意一项所述的一种共振结构(1)布置在隔离箱(2)内，共振结构(1)底部的半通质量块(11)与隔离箱(2)的底板(23)抵接，固定螺栓(14)沿轴向布置在共振结构(1)顶部的半通质量块(11)上，固定螺栓(14)穿过顶板(22)后被固定螺母(222)锁紧固定。

8.根据权利要求7所述的一种隔震屏障，其特征在于，所述隔离箱(2)包括四组侧板(21)，相邻两侧板(21)之间以及侧板(21)与底板(23)之间均通过连接件(211)形成可拆卸式连接，各侧板(21)顶部均布置有定位台阶(212)，顶板(22)通过定位螺栓(221)与定位台阶(211)螺纹锁紧固定。

9.根据权利要求7所述的一种隔震屏障，其特征在于，所述隔离箱(2)内均匀布置有四组共振结构(1)，各共振机构(1)包括两组半通质量块(11)以及两组全通质量块(12)。

10.一种预埋式隔震系统，其特征在于，包括至少两组如权利要求7所述的隔震屏障，各隔震屏障布置在建筑物周边的地表下方，各隔震屏障的顶板(22)与地表平齐，各隔震屏障在同一水平面上呈矩形阵列式布置。

技术总结
本发明涉及减隔震技术领域，具体是一种共振结构，包括至少两组呈立方体状的质量块，相邻两质量块之间通过横截面呈方形的共振柱连接，共振柱布置在质量块的几何中心处；质量块的侧壁中心处均贯穿开设有方形孔，各方形孔的孔型与共振柱的横截面尺寸对应，各方形孔交汇于质量块的几何中心处，且各方形孔布置有填充层，填充层与共振柱一体式浇筑成型。本发明通过在建筑附近周期布置共振结构，利用局域共振机理消耗地震波能量，实现对波的衰减和转化，从而达到隔震减震的目的，隔震效果良好。

技术研发人员：赵春风,高志伟,陈青杰
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31