周期性基础隔震新体系设计方法研究

申请者将固体物理学中周期性材料表现出的频率带隙特性引入土木工程领域，提出了研究开发周期性隔震基础新体系的设想，我们前期的研究成果表明，相比传统的隔震措施，周期性隔震基础具有更加明显的隔震效果，而且，开发此类隔震新体系是可行的。考虑钢筋混凝土材料的正交各向异性特性，本项目将主要针对筏板基础、箱型基础和桩基础等几种常用的工程结构基础形式，寻求相应的改进设计方法，使这些基础具有周期性并产生频率带隙；通过对带隙进行优化，进一步使周期性基础的频率带隙与地震动的"卓越"周期相匹配，从而使周期性基础具有隔离地震动"卓越"周期频段地震波向上部结构传输的能力。此外，本项目还将研究周期性基础与传统隔震措施的联合应用以及上述周期性基础的破坏模式。通过本项目的研究，可望给出几种能够同时隔离水平和竖向地震动的实用基础设计方法，并且能够加快推进周期性隔震基础新体系应用于实际工程的步伐。

固体物理学研究发现，周期材料具有频率衰减域特性，即当输入波的频率处于周期材料的频率衰减域范围内时，波无法在该周期材料中传播。本项目从周期材料具有的衰减域角度出发，主要针对筏板基础、箱型基础和桩基础等几种常用的工程结构基础形式，研究建筑结构隔震减振设计新方法；通过设计首先使这些基础具有频率衰减域，进而对衰减域进行优化，使周期性基础的衰减域与地震动的“卓越”周期相匹配，从而使周期性基础具有隔离地震动“卓越”周期频段地震波向上部结构传输的能力。此外，在本项目的研究中，还研究了周期结构衰减域新的分析方法、研究了混凝土的配筋率和各向异性特性对衰减域的影响、以及材料的初应力对衰减域的影响，得到了一些便于工程应用的结果。通过本项目的实施，不久丰富了周期性结构的研究内容和分析方法，也进一步促进了周期性隔震基础新体系应用于实际工程的步伐。在本项目资助下，已发表SCI期刊论文15篇，会议论文多篇，完成学术专著一部（拟于2016年出版），获国家发明专利1项，毕业博士研究生2名，硕士研究生7名。