基于土壤分层低频宽带隙地震超材料减震研究

摘要

为研究土壤分层对地震超材料减震性能的影响，通过数值模拟，计算了4种在不同土壤分层工况下地震超材料的能带结构和透射谱。分析了在4层土壤分层时，钢管与混凝土的高度和厚度等几何参数对地震超材料全带隙宽度的影响。将地震超材料与隔震沟耦合，分析了结构沿ΓX方向衰减地震表面波的能力。结果显示，随着土层底部约束的增强，各条能带逐渐向上方移动。因此在实际工程中，可以通过增强地震超材料底部约束，获得预期全带隙宽度。几何参数分析表明，单胞高度和钢管厚度对地震超材料全带隙宽度有显著影响。通过设计钢管尺寸，可以得到宽度高达7.132 Hz的全带隙，这对共振基频在10 Hz内的高层和超高层建筑的抗震保护具有重要意义。隔震沟与地震超材料耦合后可以衰减沿ΓX方向0.1～20 Hz内的地震表面波，这有利于实现对地震表面波的全方位控制。

关键词

地震超材料 / 土壤分层 / 低频 / 带隙 / 地震表面波 / 透射谱

基金资助

国家自然科学基金青年项目(No.51708008)