一种在横隔板上安置振子的周期箱梁结构的制作方法

本发明涉及一种在横隔板上安置振子的周期箱梁结构，属于减振领域。

背景技术：

声子晶体理论起源于凝聚态固体物理学领域，在至今近30年发展的历程中，吸引了众多学者的目光，其原因在于该理论的提出为减振降噪研究提供了一个全新的思路。声子晶体是由两种及两种以上材料周期排列，形成具有禁带的周期复合材料或结构，处于禁带频率范围内的弹性波无法传播。目前，声子晶体理论已经成功地引进了工程结构构件中，形成了具有带隙的周期梁、周期板、薄膜型声学超材料等工程构件，为工程结构的减振降噪设计提供了基础。声子晶体可分为散射型声子晶体和局域共振型声子晶体，散射型声子晶体要求弹性波的波长至少与其晶格常数相当，局域共振型声子晶体中的弹性波波长可小于晶格常数，而当晶格常数小于波长的1/10时，这样的声子晶体又被称为亚波长结构；局域共振型声子晶体较同等大小的散射型声子晶体形成的带隙频率更低。

工程上一般将承受弯曲的杆件成为梁。梁类结构时工程中一类广泛应用的典型结构，许多装备可以简化成梁结构如火箭、船舶、桥梁等，因而梁结构的振动特性一致得到广泛关注，是土木工程、机械工程、力学、声学等领域的研究热点。梁结构的振动会以弹性波传播的形式表现。因而可以利用局域共振型声子晶体理论将梁结构设计成周期性结构时，梁会存在弹性波带隙，可利用带隙控制梁结构中的振动的传播，为梁结构的减振设计提供了新的技术途径。

技术实现要素：

本发明提供一种在横隔板上安置振子的周期箱梁结构，该周期箱梁结构可视为局域共振型声子晶体，具有弹性波带隙，可用桥梁等建筑结构的减振。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种在横隔板上安置振子的周期箱梁结构，包括若干个基本单元，每个基本单元包括顶板以及底板，在顶板与底板之间布设两块腹板，顶板、腹板、底板以及腹板顺次连接形成箱型结构；

在箱型结构内插设横隔板，将箱型结构内部分隔形成两个空间；

前述的横隔板上安装至少一个振子，且每个振子通过弹性轻质填充物包覆嵌设在横隔板上；

定义垂直于横隔板的方向为z方向，平行于横隔板的方向为x方向，垂直于底板的方向为y方向，构建三维坐标系，若干个基本单元沿着z方向进行延拓形成周期箱梁结构；

作为本发明的进一步优选，两块腹板同时与底板垂直布设，或者两块腹板与底板呈角度布设，箱型结构呈梯形结构；

作为本发明的进一步优选，箱型结构的顶板与两块腹板连接后，顶板的两侧未伸出腹板边缘，与腹板形成l形结构；

或者顶板伸出腹板边缘，与腹板形成t形结构；

作为本发明的进一步优选，腹板为板状结构，或者腹板呈波折形；

腹板、顶板以及底板的厚度相同或者两两不相同；

作为本发明的进一步优选，振子采用混凝土或者钢筋混凝土或者钢或者铅或者锡或者铜材料制作；

弹性轻质填充物采用发泡混凝土或者橡胶或者泡沫或者塑料制作；

横隔板、腹板、顶板以及底板采用混凝土板或者钢筋混凝土板或者钢板或者铝合金板或者frp复合材料板制作；

作为本发明的进一步优选，前述的振子呈圆形柱或者矩形柱状。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明可以抑制板内的p波、s波的传播，减小箱梁结构的弯曲振动，因此在大型桥梁，如斜拉桥、悬索桥等上更具有应用价值；

2、发明的箱梁结构采用混凝土、钢材、橡胶等常见、廉价的建筑材料构成，具有较佳的经济性；

3、本发明提供的周期箱梁结构构成了局域共振型周期梁，因此可以实现利用小尺寸的结构形成低频弹性波带隙。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的以优选实施例1的基本单元进行延拓过程示意图；

图2是本发明提供的优选实施例1的基本单元的横截面图；

图3是本发明提供的优选实施例2的基本单元结构示意图；

图4是本发明提供的将优选实施例1作为应用的示例；

图5是本发明提供的将优选实施例2作为应用的示例；

图6是本发明提供的优选实施例3作为应用的示例；

图7是本发明提供的带有振子的横隔板在斜拉桥上部应用的示例。

图中：1为振子，2为弹性轻质填充物，3为横隔板，4为腹板，5为顶板，6为底板，7为箱型结构。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本申请旨在提供一种周期箱梁结构，其利用局域共振型声子晶体理论将梁结构设计成周期性结构，使其具有弹性波带隙，从而用于桥梁等建筑结构的减振。

其主要包括n个基本单元，每个基本单元包括顶板以及底板，在顶板与底板之间布设两块腹板，顶板5、腹板4、底板6以及腹板顺次连接形成箱型结构7；在箱型结构内插设横隔板3，将箱型结构内部分隔形成两个空间；图2所示，横隔板上安装至少一个振子，且每个振子通过弹性轻质填充物2包覆嵌设在横隔板上；

以图1为例，定义垂直于横隔板的方向为z方向，平行于横隔板的方向为x方向，垂直于底板的方向为y方向，构建三维坐标系，若干个基本单元沿着z方向进行延拓形成周期箱梁结构。

实施例1：

本申请提供的实施例1即为图1所示的结构，两块腹板是同时与底板垂直布设的，整个箱型结构为方型结构，位于其内部的横隔板上布设四个振子1，四个振子也是按照顺序呈正方形布设；在实施例1中，箱型结构的材料选用钢筋混凝土制作，振子选用钢制作，弹性轻质填充物选用橡胶，横隔板采用钢筋混凝土板，将实施例1中的箱型结构在x-z平面内延拓后形成了如图4所示的箱梁，可用于桥梁的上部结构。

实施例2：

本申请提供的实施例2如图3所示，两块腹板与底板呈一定角度布设，使得整个箱型结构为梯形结构设置，在实施例2中，顶板伸出腹板边缘，与腹板形成t形结构，位于其内部的横隔板上仅在中心位置布设一个振子；在实施例2中，箱型结构选用钢筋混凝土制作，振子选用金属钨制作，弹性轻质填充物选用泡沫，横隔板采用钢筋混凝土板，将实施例2中的箱型结构在x-z平面内延拓后形成了如图5所示的箱梁，可用于桥梁的上部结构；需要特别说明的是，由于实施例2的箱型结构为梯形，那么当其若干个进行延拓后，在每个箱型结构之间形成空隙，因此需要在相邻的箱型结构之间通过横隔板形成连接，增强横向连接，当然根据具体情况也可以采用具有振子的横隔板。

实施例3：

本申请同时还给出了实施例3，其如图6所示，腹板并未采用板状结构，而是选用了波折形腹板应用在箱型结构中，其同样可以达到实施1或者实施例2中所需要的目的。

最后，在图7中，给出了将本申请中带有振子的横隔板应用在斜拉桥上部结构中的示意图，可使整个上部结构成为局域共振型周期箱梁，可有效抑制p波、s波的传播，可减小交通荷载引起的弯曲振动。

通过上述实施例的辅助陈述，本申请构成了局域共振型周期梁，最终可以实现利用小尺寸的结构形成低频弹性波带隙的效果，为梁结构的减振设计提供了新的技术途径。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

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