一種新型隔震基礎的振動禁帶及設計方法研究

最近，材料科學領域一項有趣的研究證實：兩種或兩種以上材料通過周期性排列而形成的復合材料，具有振動禁帶的特性，即某個特定頻率段內(nèi)的振動將受到抑制，而且該禁帶具有可設計性，這為工程結(jié)構(gòu)的隔震和減震帶來了新的契機。眾所周知，在土木工程領域，特征周期附近的地震作用最受關注。為此，本項目將研制具有禁帶特性的周期性基礎，使其能隔離或削弱特征周期附近的地震。與已有的隔震基礎不同，周期性基礎本身具有隔震特性，結(jié)構(gòu)比較簡單，有望克服傳統(tǒng)隔震基礎中的某些不足。此外，本項目將基于動力學理論，研究在地震作用下周期性基礎的動力響應規(guī)律，揭示其隔震機制，分析不同的材料組成及其空間分布規(guī)律對基礎隔震性能的影響，給出該基礎的合理設計方案，以滿足不同建筑及場地條件下的隔震要求。

本項目將新型功能性結(jié)構(gòu)材料- - 金屬橡膠引入基礎隔震裝置中，對金屬橡膠材料在隔震減震技術方面的應用進行基礎性研究，研究開發(fā)一種具有混合隔震技術性能的新型隔震裝置以及對其隔震特性進行建模。通過對金屬橡膠材料工藝成型特性影響因素研究，設計與選擇適合用于隔震裝置的金屬橡膠材料；通過進行金屬橡膠材料隔震裝置隔震性能試驗，驗證新型隔震裝置的隔震效果以及檢驗評價新型隔震支座的各項性能；通過對金屬橡膠材料隔震裝置非線性遲滯特性進行混合型數(shù)學建模及采用人工智能方法進行參數(shù)辨識，建立可反映金屬橡膠隔震裝置隔震性能的恢復力數(shù)學模型，通過在大型有限元軟件中對新型隔震支座本構(gòu)模型的二次開發(fā)，為新型隔震支座在實際工程隔震結(jié)構(gòu)分析的應用提供研究基礎。本項目研究對于開發(fā)新型有效的隔震減震裝置，以及對改善傳統(tǒng)隔震支座的性能有重要的實際意義。

本項目將新型功能性結(jié)構(gòu)材料——金屬橡膠引入基礎隔震裝置中，對金屬橡膠材料在隔震減震技術方面的應用進行基礎性研究，研究開發(fā)一種具有混合隔震技術性能的新型隔震裝置以及對其隔震特性進行動力學特性建模。通過對金屬橡膠材料工藝成型特性影響因素研究，設計與選擇適合用于隔震裝置的金屬橡膠材料；通過進行金屬橡膠材料隔震裝置隔震性能試驗，驗證新型隔震裝置的隔震效果以及檢驗評價新型隔震支座的各項性能；通過對金屬橡膠材料隔震裝置非線性遲滯特性進行混合型數(shù)學建模及采用人工智能方法進行參數(shù)辨識，建立可反映金屬橡膠隔震裝置隔震性能的恢復力數(shù)學模型，通過在大型有限元軟件中對新型隔震支座本構(gòu)模型的二次開發(fā)，為新型隔震支座在實際工程隔震結(jié)構(gòu)分析的應用提供研究基礎。本項目研究對于開發(fā)新型有效的隔震減震裝置，以及對改善傳統(tǒng)隔震支座的性能有重要的實際意義。

作為一種新型隔震措施，周期性隔震基礎已得到研究者越來越多的關注。在不考慮材料阻尼情況下，周期性隔震基礎的隔震機理已較明晰。然而，由于理論分析上的困難，材料阻尼因素對周期性隔震基礎濾波特性的影響一直未能考慮。本項目將系統(tǒng)研究計入阻尼因素后周期性結(jié)構(gòu)頻散關系分析方法以及阻尼因素對周期性隔震基礎濾波特性的影響。研究內(nèi)容主要包括：1）考慮阻尼因素，尋求周期性結(jié)構(gòu)頻散關系的求解方法，建立周期性結(jié)構(gòu)濾波特性與耗能特性簡化分析模型；2）研究有限周期性結(jié)構(gòu)的能量流動特性，揭示濾波衰減作用和耗能衰減作用的影響機理；3）針對不同地震動、上部結(jié)構(gòu)特性等因素，研究阻尼對周期性隔震基礎濾波特性的影響，提出考慮阻尼后周期性隔震基礎的簡化設計方法。通過本項目研究，可望給出計及阻尼時周期性結(jié)構(gòu)頻散關系的有效求解方法，揭示材料阻尼對周期性隔震基礎濾波特性的影響，進而豐富和完善周期性隔震基礎的計算理論和設計方法。