周期性結(jié)構(gòu)及周期性隔震基礎(chǔ).pdf

1、隔震技術(shù)是一種減小結(jié)構(gòu)地震動力響應(yīng)的有效方法。鑒于傳統(tǒng)隔震技術(shù)的一些不足，開發(fā)新型隔震技術(shù)已成為目前研究的一個熱點課題。1993年，凝固態(tài)物理學(xué)中提出了聲子晶體型周期性結(jié)構(gòu)的概念。這種周期性結(jié)構(gòu)具有獨特的濾波特性，即處于某些頻段（衰減域）范圍內(nèi)的波不能透過該結(jié)構(gòu)。受此啟發(fā)，本文將研究周期性結(jié)構(gòu)的濾波特性以及該結(jié)構(gòu)一種的潛在應(yīng)用——周期性隔震基礎(chǔ)。
　　本論文研究內(nèi)容包括:周期性結(jié)構(gòu)頻散關(guān)系的數(shù)值計算方法研究、周期性結(jié)構(gòu)基本理論研究

2、、周期性結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用數(shù)值模擬和模型試驗。在頻散關(guān)系數(shù)值計算方法研究中，分析了傅里葉級數(shù)法的兩個數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并討論了材料參數(shù)及幾何參數(shù)對該方法收斂性的影響。在周期性結(jié)構(gòu)理論研究中，首先討論了周期性結(jié)構(gòu)的濾波特性，分析了有限周期性結(jié)構(gòu)對振動能量的衰減作用;其次對二維周期性結(jié)構(gòu)研究了方向性衰減域的特性，提出了基于模態(tài)的局域共振頻散關(guān)系繪制方法，并分析了與內(nèi)部振子振動模態(tài)相對應(yīng)的局域共振方向性衰減域。在工程應(yīng)用數(shù)值模擬研究中，分析了一維層狀、二維

3、及三維有限周期性結(jié)構(gòu)的衰減域特性，模擬了周期性基礎(chǔ)對地震動的抑制作用;分析了改進的一維層狀周期性基礎(chǔ)模型及具有方向性衰減域的二維復(fù)合周期性基礎(chǔ)對多種場地條件下地震動的阻隔作用。在模型試驗研究中，首先完成了一維層狀周期性基礎(chǔ)的振動臺測試，隨后又完成了二維周期性基礎(chǔ)的自由場振動測試。
　　研究發(fā)現(xiàn):傅里葉級數(shù)法收斂性受Gibbs振蕩及乘積函數(shù)的一致收斂性算式影響。散射型周期性結(jié)構(gòu)的濾波特性由組成周期性結(jié)構(gòu)的不同材料相互作用產(chǎn)生;局域共

4、振型周期性結(jié)構(gòu)的濾波特性是由周期單元的子結(jié)構(gòu)局域共振產(chǎn)生。當周期單元的對稱程度較低時，周期性結(jié)構(gòu)容易形成方向性衰減域;相對于對稱程度較高的周期單元，對稱程度較低的周期單元在實現(xiàn)低頻寬帶衰減域同時可有效減小周期性基礎(chǔ)的尺寸。數(shù)值分析結(jié)果表明，只需3個周期單元，衰減域即可有效抑制外部激勵的傳播。地震動模擬結(jié)果表明，利用周期性基礎(chǔ)抑制地震動的傳播是可行的。由于周期性基礎(chǔ)減小了地震動向上部結(jié)構(gòu)輸入的能量，從而降低了上部結(jié)構(gòu)的地震動響應(yīng)。改進的層