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摘要
在地球中传播的地震波主要有体波和表面波，而表面波中Rayleigh波对建筑物造成的破坏最为强烈。针对Rayleigh波的振动控制，提出一种田字形超材料结构。相比于传统的地震超材料，这种超材料屏障是由外部口字形框体内部嵌套十字形柱体组成，形成4个可填充区域，其外部框体采用部分埋入的方式，具有高强度、强稳定性、填充方式灵活的特点。应用有限元法计算了田字形超材料的能带结构和传输特性，并通过分析带隙边界处模态振型可知，带隙的打开是由于柱体的局域共振。结合带隙机理可知，柱体结构中土壤填充量不同可改变柱体的质量，形成不同的谐振频率，产生甚低频带隙。为进一步拓宽带隙，设计研究了正、负梯度的质量填充方式，均可得到3.3～13.1 Hz甚低频宽带隙，在谐振频率范围内两者的隔震方式分别为Rayleigh波彩虹捕获和Rayleigh波到体波的转化。最后，采用EI-Centro地震波对填充屏障进行了时程验证，加速度最大幅值衰减超过80%,为地震超材料在减震隔震方面应用提供了新的设计思路和方法。
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单位机电工程学院; 西安建筑科技大学
