[发明专利]一种组合型钢式地震表面波屏障结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种组合型钢式地震表面波屏障结构及其制作方法，所涉及组合型钢式地震表面波屏障结构主要由组合型钢式地震表面波屏障结构单胞在水平面内两个相互垂直的方向延拓组成，而组合型钢式地震表面波屏障结构单胞主要由十字型钢(1)和H型钢(2)组成，最后将其按照特定顺序布置在土壤层(3)上方，结构构造简单。组合型钢式地震表面波屏障结构不仅仅只适用于某一地区的某一类建筑，而是可以根据不同地区场地条件、建筑环境、占地尺寸和高度等因素，综合考虑，通过改变组合型钢的长度、厚度、高度和间距等几何参数与密度、弹性模量等材料参数，调整带隙宽度和位置，从而保护不同地区、不同高度的一个或多个建筑。

技术领域

本发明涉及一种低频减震地震表面波屏障结构，是一种对地震表面波有良好控制和衰减作用的新结构。

背景技术

地震是最具灾难性的自然灾害之一，它会对建筑物造成广泛的破坏，并导致环境、经济和社会的破坏。全世界每年发生数百万次地震，其中震级为5.0级及以上的地震次数超过1000次。地震波又分为体波和面波。其中低频地震表面波由于具有低频率、高振幅、难衰减和传播远等特征对建筑安全影响最大。低频地震表面波频率在0.1-20Hz范围内，大量震害表明，对建筑物产生较大影响的地震表面波其频率在2Hz左右。采用传统抗震方法很难衰减上述频段内的低频表面波，而且传统抗震方法对大震也是是低效的。最近，固体物理领域研究的周期性地震波屏障，又被称为地震超材料，为控制和衰减低频表面波，保护建筑提供了新的研究思路。周期性地震波屏障是一种人工设计的周期性排列结构，具有带隙特性。频率落在带隙范围内的地震波到达周期性地震波屏障后将会被衰减甚至隔绝。

按照周期性地震波屏障产生带隙的机理可以分为布拉格散射型周期性地震波屏障和局域共振型周期性地震波屏障。前者结构尺寸与地震波波长相近，但在土木工程中，设计与波长相近的减震结构，其尺寸太大，应用性较低。后者结构尺寸可以比地震波波长小两个数量级，更有利于周期性地震波屏障的应用，但其产生的带隙通常较窄。在目前的研究过程中，虽然结构尺寸已经比布拉格散射型结构小很多，但实际还是用较大结构尺寸来控制低频表面波，这不仅不经济，同时其应用性也较低。因此，发明一种结构简单、适应性强、易实现的可以有效控制和衰减低频地震表面波的结构，对保护核电站、炼油厂和古建筑等重要建筑，以及保护城市居民区建筑都具有十分重要意义！本发明借鉴周期性地震波屏障控制地震波的机理，采用不同形式的型钢组成组合型钢式地震表面波屏障，实现对低频地震表面波的控制和衰减。

发明内容

本发明所设计的一种组合型钢式地震表面波屏障结构涉及一种用于衰减低频地震表面波的组合型钢式地震波屏障。其目的是为了提供一种衰减地震表面波的装置、保护建筑、取材简单、有效减少地震灾害、减小建筑灾后修复和维护成本的组合型钢式地震表面波屏障结构。

本发明涉及的一种组合型钢式地震表面波屏障结构，该地震表面波屏障结构由组合型钢式波屏障结构单胞在水平面内沿两个相互垂直的方向延拓组成，并设计在建筑物周边。组合型钢式地震表面波屏障结构单胞由十字型钢(1)和H型钢(2)组成。将十字型钢(1)和H型钢(2)预制好后，通过焊接等工艺手段组装在一起，之后将组合好的组合型钢布置在建筑周边的土壤层(3)上方。

组合型钢式地震表面波屏障结构中，十字型钢部分长度为1.2m，厚度为0.1m，高度10m。H型钢部分腹板位置长度为0.6m，翼缘部分长度为0.4m，厚度均为0.1m，高度均为10m。两个相邻单胞形心之间的间距均为2m。

本发明所设计的组合型钢式地震表面波屏障结构布置在建筑周边，沿建筑物环向布置，距离建筑物水平距离10m。本发明所设计的单胞结构延拓后所组成的周期性排列结构外围尺寸不小于建筑物基础外围尺寸。

本发明的技术方案是：