地震表面波周期性波屏障的設(shè)計與性能研究.pdf

1、地震表面波振幅大，傳播距離遠(yuǎn)，頻率較低，一般在20Hz以下，對結(jié)構(gòu)的危害很大。如何采用新技術(shù)來有效地降低震害，是科研工作者的迫切任務(wù)。地震表面波周期性波屏障作為一種有效的隔震措施，能夠?qū)μ囟l率范圍內(nèi)的低頻地震動進(jìn)行人為設(shè)計和調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，使帶隙頻率覆蓋地震動主頻范圍，從而達(dá)到較好的隔震效果。對地震表面波周期性波屏障設(shè)計和性能研究具有理論和工程應(yīng)用價值。
　　本文基于周期結(jié)構(gòu)帶隙設(shè)計思想，針對破壞性較強(qiáng)的半空間自由表面Raylei

2、gh波，即地震表面波，尤其是20Hz以下的低頻表面波，設(shè)計了三種新型表面波屏障，即周期立柱式表面波屏障、雙向周期格柵式表面波屏障和三向周期格柵式表面波屏障，并利用COMSOL MULTIPHYSICS有限元軟件分別對三種表面波屏障的能帶結(jié)構(gòu)和頻率響應(yīng)以及位移模式進(jìn)行了數(shù)值模擬，給出了全模態(tài)能帶結(jié)構(gòu)中表面波模式的提取方法，分析了帶隙的形成機(jī)理，探討了波屏障結(jié)構(gòu)參數(shù)對隔震性能的影響。研究結(jié)果表明:
　　1、周期立柱式表面波屏障帶隙形成

3、機(jī)理為局域共振型，立柱的埋入深度、立柱的高度、立柱的半徑能夠有效的調(diào)節(jié)帶隙的寬度。立柱埋入深度的增加和立柱半徑增大都會使帶隙上下緣位置升高，立柱高度增加會降低帶隙頻率位置。
　　2、雙向周期格柵式表面波屏障帶隙形成機(jī)理為局域共振型，柵板的幾何參數(shù)能夠有效的調(diào)節(jié)帶隙的寬度，材料參數(shù)對帶隙頻率范圍影響較大，柵板密度增加、土體密度增加和土體彈性模量減小都會降低帶隙的頻率位置。
　　3、三向周期格柵式表面波屏障帶隙形成機(jī)理為局域共振

4、型，橫向柵板高度對帶隙頻率范圍影響較大，橫向柵板位置對帶隙頻率范圍影響很小。橫向柵板的密度、土體的密度和土體彈性模量對帶隙頻率范圍影響較大。
　　4、利用聲線和模態(tài)分析相結(jié)合的方法，可以將半埋入式表面波屏障的表面波模式從全模態(tài)能帶結(jié)構(gòu)中分離。
　　5、三種新型表面波屏障帶隙頻率范圍均在20Hz以下，其中，立柱式表面波屏障的帶隙寬度較窄，三向周期表面波屏障表面波帶隙起止頻率比雙向周期表面波屏障表面波帶隙起止頻率低，帶隙寬度比雙