一种新型隔震基础的振动禁带及设计方法研究

最近，材料科学领域一项有趣的研究证实：两种或两种以上材料通过周期性排列而形成的复合材料，具有振动禁带的特性，即某个特定频率段内的振动将受到抑制，而且该禁带具有可设计性，这为工程结构的隔震和减震带来了新的契机。众所周知，在土木工程领域，特征周期附近的地震作用最受关注。为此，本项目将研制具有禁带特性的周期性基础，使其能隔离或削弱特征周期附近的地震。与已有的隔震基础不同，周期性基础本身具有隔震特性，结构比较简单，有望克服传统隔震基础中的某些不足。此外，本项目将基于动力学理论，研究在地震作用下周期性基础的动力响应规律，揭示其隔震机制，分析不同的材料组成及其空间分布规律对基础隔震性能的影响，给出该基础的合理设计方案，以满足不同建筑及场地条件下的隔震要求。

本项目将新型功能性结构材料- - 金属橡胶引入基础隔震装置中，对金属橡胶材料在隔震减震技术方面的应用进行基础性研究，研究开发一种具有混合隔震技术性能的新型隔震装置以及对其隔震特性进行建模。通过对金属橡胶材料工艺成型特性影响因素研究，设计与选择适合用于隔震装置的金属橡胶材料；通过进行金属橡胶材料隔震装置隔震性能试验，验证新型隔震装置的隔震效果以及检验评价新型隔震支座的各项性能；通过对金属橡胶材料隔震装置非线性迟滞特性进行混合型数学建模及采用人工智能方法进行参数辨识，建立可反映金属橡胶隔震装置隔震性能的恢复力数学模型，通过在大型有限元软件中对新型隔震支座本构模型的二次开发，为新型隔震支座在实际工程隔震结构分析的应用提供研究基础。本项目研究对于开发新型有效的隔震减震装置，以及对改善传统隔震支座的性能有重要的实际意义。

本项目将新型功能性结构材料——金属橡胶引入基础隔震装置中，对金属橡胶材料在隔震减震技术方面的应用进行基础性研究，研究开发一种具有混合隔震技术性能的新型隔震装置以及对其隔震特性进行动力学特性建模。通过对金属橡胶材料工艺成型特性影响因素研究，设计与选择适合用于隔震装置的金属橡胶材料；通过进行金属橡胶材料隔震装置隔震性能试验，验证新型隔震装置的隔震效果以及检验评价新型隔震支座的各项性能；通过对金属橡胶材料隔震装置非线性迟滞特性进行混合型数学建模及采用人工智能方法进行参数辨识，建立可反映金属橡胶隔震装置隔震性能的恢复力数学模型，通过在大型有限元软件中对新型隔震支座本构模型的二次开发，为新型隔震支座在实际工程隔震结构分析的应用提供研究基础。本项目研究对于开发新型有效的隔震减震装置，以及对改善传统隔震支座的性能有重要的实际意义。

作为一种新型隔震措施，周期性隔震基础已得到研究者越来越多的关注。在不考虑材料阻尼情况下，周期性隔震基础的隔震机理已较明晰。然而，由于理论分析上的困难，材料阻尼因素对周期性隔震基础滤波特性的影响一直未能考虑。本项目将系统研究计入阻尼因素后周期性结构频散关系分析方法以及阻尼因素对周期性隔震基础滤波特性的影响。研究内容主要包括：1）考虑阻尼因素，寻求周期性结构频散关系的求解方法，建立周期性结构滤波特性与耗能特性简化分析模型；2）研究有限周期性结构的能量流动特性，揭示滤波衰减作用和耗能衰减作用的影响机理；3）针对不同地震动、上部结构特性等因素，研究阻尼对周期性隔震基础滤波特性的影响，提出考虑阻尼后周期性隔震基础的简化设计方法。通过本项目研究，可望给出计及阻尼时周期性结构频散关系的有效求解方法，揭示材料阻尼对周期性隔震基础滤波特性的影响，进而丰富和完善周期性隔震基础的计算理论和设计方法。