固态物理学领域的最新研究表明，周期性结构和声子晶体可以通过禁带效应改变声波或弹性波的传播，从而在特定频率范围内创建独特的衰减区域[1,2]。目前，对于建在坚实土壤上的低层建筑，通常建议采用地震隔离技术进行保护。这一颠覆性的概念可以通过调整频率带隙来隔离环境振动或地震波，以涵盖激励频率[3]。例如，吴等人使用由地面支柱和嵌入土壤中的核壳夹杂物组成的地震超材料结构，在低频范围内扩大了带隙[4]。倪等人将防水帷幕和挡土桩重新配置成周期性波屏障，为基于周期性理论的交通导向发展模式中的振动缓解提供了一种新的设计方法[5]。这些超材料结构旨在保护大规模基础设施。
利用周期性结构进行地震波衰减的现有方法可以分为负刚度装置[6]、惯性器基系统[7]和层状周期性基础（LPFs）[8,9]。LPFs能够在水平和垂直方向上通过其固有的频率带隙支撑上部结构并衰减地震波。根据单元格周期性的方向，周期性基础可以分为一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）配置[[10], [11], [12]]。LPFs具有结构简单的特点，并在衰减入射波（包括剪切波和压力波）方面表现出强大的能力，因此在地震隔离领域引起了越来越多的关注。单个散射体的振动特性和结构的周期性排列被认为是影响衰减区形成的关键因素[13,14]。在这个理论框架内，布鲁莱等人在法国里昂进行了世界上第一个周期性隔离结构的原型现场测试，证明了在实际工程中应用周期性结构的可行性[15]。严等人[12,16]确认了周期性基础的地震性能高度依赖于其设计参数。科洛姆比等人和吴等人[17,18]表明，改变表面屏障的梯度会导致禁带频率范围更低且更宽，这种现象被称为“地震彩虹”。穆罕默德等人[19]使用截面钢作为表面超材料，在LPFs中实现了更低的禁带频率，而曾等人[20,21]构建了一个一维倒T形表面超材料，通过现场实验验证了其禁带频率范围为6.7 - 17.2 Hz。向等人[22]通过振动台试验研究了配备LPFs的钢结构的地震响应。贾因等人[23]在桥梁基础中应用了周期性层状基础进行地震隔离，通过加入空心低碳钢层实现了低初始频率和宽衰减区。
对带有和不带有这种周期性隔离系统的桥梁进行的比较数值模拟表明，水平加速度响应显著降低。赵等人[24]为核电站开发了四种基础模型，以检验LPFs的地震隔离性能。何等人[25]研究了森林树木在层状土壤上的衰减性能，表明梯度高度的树木阵列在80 Hz以下提供了宽衰减区。刘等人[26]提出了一种复合层状基础，并模拟了支撑在复合LPF上的四层框架结构的地震响应。卢等人[27]引入了一种周期性桩加固的复合基础。在各种周期性基础类型中，橡胶-混凝土LPFs因其简单的构造和成本效益而脱颖而出。赵等人[28]设计了一种由LPF支撑的框架结构，并通过振动台试验验证了其性能。鲍等人[29]使用传递矩阵方法分析了LPFs的衰减区，并通过数值模拟评估了其地震隔离效果。熊等人[30]采用差分求积法研究了LPF的衰减区。程等人[31,32]研究了材料阻尼对LPF地震隔离性能的影响，并使用Riccati传递矩阵方法计算了阻尼LPF的动态传递函数。他们的发现表明，通过带隙中的能量耗散和衰减区中的速度相关耗散，可以减轻上部结构的响应。吴等人[33]推导并验证了用于估计橡胶-混凝土LPFs前几个带隙界限的分析公式，建立了带隙频率的映射关系。萨菲等人[34]研究了具有三种单元格配置和不同橡胶粘弹性模型的LPFs的地震响应，发现粘弹性增强了波的衰减性能。刘等人[35]和维塔托等人[36]进行了Sobol敏感性分析，以评估带隙宽度和范围对五个输入参数（包括材料和几何属性）的依赖性。
与传统的基础隔离系统（如铅橡胶轴承或摩擦摆隔离器）相比，所提出的混凝土-橡胶层状周期性基础（CRLPF）具有几个明显的优势，突显了其在工程应用中的创新性和实际潜力。虽然许多传统隔离器主要设计用于水平运动，但CRLPF的一维周期性使其能够通过多方向带隙同时衰减水平和垂直方向的地震波，提供更全面的保护。同时，CRLPF将隔离机制直接集成到基础中，消除了对额外机械装置、复杂连接或专门维护的需求，从而提高了结构的简单性和长期可靠性。该系统使用广泛可用的建筑材料（混凝土和橡胶），确保了成本效益，并便于在实际项目中直接实施。此外，其带隙属性可以通过调整几何和材料参数（例如层厚度、橡胶模量）进行定制，使设计师能够针对预期的地震灾害的主要频率范围进行优化。此外，层状配置适用于各种基础类型，既适用于新建筑，也适用于现有结构的改造。这些特点使CRLPF不仅仅是一个替代方案，而是一种先进的、集成的下一代地震隔离解决方案，特别是在传统隔离在几何上受到限制或经济上不可行的框架结构中。
先前的研究主要提供了超材料优越性能的理论验证。然而，专注于超材料基础的研究，特别是实验研究及其在全尺度工程结构中的实际应用，仍然相对较少。为了填补这一空白，本研究介绍了一种由混凝土和橡胶层交替组成的新型LPF。通过一系列振动台试验，系统地将支撑在该CRLPF上的框架结构的地震响应与支撑在传统混凝土基础（CF）上的框架结构的地震响应进行了比较。此外，基于实验原型开发了一个精细的三维有限元模型，并进行了严格的验证。使用这个经过验证的模型，进行了广泛的参数敏感性分析。这种综合的实验和数值方法旨在为LPFs在现实世界工程中的实际应用提供新的见解和理论支持。
