一種減振結(jié)構(gòu)、減振墊及其使用方法
【專利摘要】一種減振結(jié)構(gòu)及具有層狀周期結(jié)構(gòu)的減振墊，所述減振墊厚度方向由若干個(gè)層狀周期單元組成，所述層狀周期單元包括若干層周期性子結(jié)構(gòu)相互疊合而成，相鄰的周期性子結(jié)構(gòu)的組成材料不同；所述周期子結(jié)構(gòu)也可在長(zhǎng)度與寬度方向設(shè)置若干周期性從結(jié)構(gòu)。所述具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的減振墊置于混凝土軌枕或軌道板承軌臺(tái)與軌底之間，通過(guò)扣件系統(tǒng)將其固定；所述鋼軌減振墊與軌枕或軌道板承軌臺(tái)之間也可設(shè)置鐵墊板，提高其支承強(qiáng)度。所述鋼軌減振墊可用于城市軌道交通、高速鐵路、重載鐵路、普通鐵路、建筑物結(jié)構(gòu)、機(jī)器設(shè)備及橋梁結(jié)構(gòu)中，有助于其減振降噪控制，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，維護(hù)方便靈活的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種減振結(jié)構(gòu)、減振墊及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于減振技術(shù)領(lǐng)域，涉及適用于城市軌道交通、高速鐵路、重載鐵路、普通鐵路、建筑物結(jié)構(gòu)、機(jī)器設(shè)備及橋梁結(jié)構(gòu)等方面的減振墊結(jié)構(gòu)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著軌道交通技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前軌道交通的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注，特別是其產(chǎn)生的噪聲與振動(dòng)問(wèn)題。
[0003]目前軌道交通的減振降噪措施主要從三方面入手:在振源/聲源上控制(鋼軌打磨等措施)、在傳播途徑上控制(通過(guò)采用彈性扣件和浮置板軌道等)和在受振體/受聲體上控制。輪軌系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)通常采用彈性扣件來(lái)實(shí)現(xiàn)隔振，從而實(shí)現(xiàn)軌下基礎(chǔ)振動(dòng)的降低。對(duì)于扣件減振措施，資料表明，軌道減振器扣件和先鋒型扣件等彈性扣件在我國(guó)地鐵中的應(yīng)用并不理想，誘發(fā)了嚴(yán)重的鋼軌異常波磨，而波磨加劇反而會(huì)引起輪軌的高頻振動(dòng)，導(dǎo)致車輛的共振。主要原因是彈性扣件由于膠墊剛度太軟致使輪軌振動(dòng)能量與軌下結(jié)構(gòu)隔離而滯留在鋼軌，對(duì)鋼軌和扣件彈條的損傷較大，甚至膠墊剛度太軟會(huì)導(dǎo)致鋼軌垂向動(dòng)位移增大，使列車面臨脫軌危險(xiǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種軌道交通具有層狀周期結(jié)構(gòu)的鋼軌減振墊，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且與彈性扣件和浮置板軌道等降低通過(guò)降低下部結(jié)構(gòu)剛度的方法來(lái)減振的思路不同，本發(fā)明通過(guò)將周期結(jié)構(gòu)引入鋼軌減振墊，在保證軌道結(jié)構(gòu)的剛度足夠高的同時(shí)，采用固體物理學(xué)中周期性結(jié)構(gòu)對(duì)彈性波的帶隙原理實(shí)現(xiàn)減振目的，有助于城市軌道交通、高速鐵路和重載鐵路減振降噪控制、促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展，特別是適用于城市軌道交通、高速鐵路、重載鐵路和普通鐵路。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]周期性結(jié)構(gòu)即物體的基本組成單元按照相同的方式堆積的一種結(jié)構(gòu)形式，周期性結(jié)構(gòu)中存在能夠禁止某種經(jīng)典波傳播的頻率范圍，這種頻率范圍稱為帶隙。頻率在帶隙之內(nèi)的彈性波通過(guò)此種結(jié)構(gòu)時(shí)其傳播會(huì)大大衰減，而在帶隙之外的彈性波則能順利通過(guò)結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明提出的一種軌道交通具有層狀周期結(jié)構(gòu)的鋼軌減振墊，通過(guò)合理設(shè)計(jì)幾何參數(shù)和材料參數(shù)，能產(chǎn)生一定寬度的帶隙，并且能夠覆蓋各類振動(dòng)的主頻，從而使被保護(hù)或環(huán)境影響結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)極大衰減。相比其它減振形式，本發(fā)明的鋼軌減振墊具有以下優(yōu)勢(shì):
[0008](I)利用周期結(jié)構(gòu)本身的帶隙特性減振，不改變結(jié)構(gòu)剛度。
[0009](2)周期結(jié)構(gòu)帶隙具有一定的寬度，而不是單一的頻率。因此，周期結(jié)構(gòu)能隔離一定頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)，具備$父尚的綜合減振性能。
[0010](3)鋼軌減振墊的周期結(jié)構(gòu)使用剛性層和柔性層的組合，提高了鋼軌減振墊的剛度，提升了結(jié)構(gòu)的安全性。
[0011]具體而言，一種具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊，所述鋼軌減振墊厚度方向由若干個(gè)層狀周期單元組成，所述層狀周期單元包括若干層周期性子結(jié)構(gòu)相互疊合而成，相鄰的周期性子結(jié)構(gòu)的組成材料不同；所述周期子結(jié)構(gòu)也可在長(zhǎng)度與寬度方向設(shè)置若干周期性從結(jié)構(gòu)。
[0012]所述層狀周期單元的厚度尺寸應(yīng)相同，單個(gè)層狀周期單元根據(jù)其組成的周期子結(jié)構(gòu)可形成2周期單元、3周期單元或多周期單元，周期單元內(nèi)相對(duì)應(yīng)的周期子結(jié)構(gòu)的尺寸與材料應(yīng)該相同。
[0013]所述周期單元內(nèi)各層周期子結(jié)構(gòu)的厚度尺寸與所關(guān)注振動(dòng)波長(zhǎng)一致以提高減振效果。所述周期子結(jié)構(gòu)的寬度與長(zhǎng)度與鋼軌軌下鐵墊板承軌部位尺寸相匹配;所述周期子結(jié)構(gòu)的形狀為長(zhǎng)方體，其厚度遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度與寬度;所述周期子結(jié)構(gòu)的組成材料料分為剛性材料和彈性材料，作為優(yōu)選，剛性材料可為合金材料或金屬材料，彈性材料可為橡膠材料或樹(shù)脂材料。
[0014]所述周期從結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和材料應(yīng)相同，在周期子結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和寬度方向呈現(xiàn)一定等間隔周期布置。所述周期從結(jié)構(gòu)的幾何形狀可為任何立體形狀，作為優(yōu)選，可為柱狀體或錐狀體;所述周期從結(jié)構(gòu)與周期子結(jié)構(gòu)組合形式可以是共有關(guān)系或是挖切關(guān)系;所述挖切關(guān)系是指由周期子結(jié)構(gòu)中摳除周期從結(jié)構(gòu)從而形成孔洞;所述共有關(guān)系是在周期子結(jié)構(gòu)中的孔洞中填入相關(guān)周期從結(jié)構(gòu)。
[0015]—種具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊的使用方法，所述鋼軌減振墊置于混凝土軌枕或軌道板承軌臺(tái)與軌底之間，通過(guò)扣件系統(tǒng)將其固定;所述鋼軌減振墊與軌枕或軌道板承軌臺(tái)之間也可設(shè)置鐵墊板，提高其支承強(qiáng)度。
[0016]所述的具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊在城市軌道交通、高速鐵路、重載鐵路和普通鐵路中的應(yīng)用，也可用于其它機(jī)械和建筑物基礎(chǔ)減振。
[0017]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]①通過(guò)改變鋼軌膠墊的形式，利用周期性結(jié)構(gòu)的帶隙特性，在保證軌道下部結(jié)構(gòu)的剛度以及不附加其它結(jié)構(gòu)的條件下，達(dá)到了減振效果；
[0019]②采用結(jié)構(gòu)減振的思路，降低了傳統(tǒng)減振思路中存在的列車運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性的隱患；
[0020]③這種具有層狀周期結(jié)構(gòu)的鋼軌膠墊能隔離一定頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)，具備較高的綜合減振性能；
[0021 ]④層狀周期結(jié)構(gòu)的鋼軌膠墊結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單和維護(hù)方便靈活。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明一種具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊的結(jié)構(gòu)和使用方法示意圖，其周期子結(jié)構(gòu)為2周期單元。
[0023]圖2為本發(fā)明周期子結(jié)構(gòu)為2周期單元的具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊與純橡膠材質(zhì)減振墊的減振效果對(duì)比圖。
[0024]圖3為本發(fā)明周期子結(jié)構(gòu)為4周期單元的具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明周期子結(jié)構(gòu)分別為2周期單元和4周期單元的具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊減振效果對(duì)比圖。
[0026]圖5為本發(fā)明具有周期從結(jié)構(gòu)的具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊結(jié)構(gòu)示意圖，其周期子結(jié)構(gòu)為2周期單元。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028]請(qǐng)參閱圖1，一種具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的鋼軌減振墊的使用方法，所述鋼軌減振墊I置于混凝土軌枕5或軌道板承軌臺(tái)與鋼軌3底部之間，通過(guò)扣件系統(tǒng)2將其固定;所述鋼軌減振墊與軌枕或軌道板承軌臺(tái)之間也可設(shè)置鐵墊板，提高其支承強(qiáng)度。
[0029]實(shí)施例1:鋼軌減振墊I厚度方向由若干個(gè)層狀周期單元組成，所述層狀周期單元由若干層周期性子結(jié)構(gòu)相互疊合而成，相鄰的周期性子結(jié)構(gòu)的組成材料不同；所述周期子結(jié)構(gòu)的組成材料分為彈性材料7和剛性材料8，作為優(yōu)選，彈性材料7可為橡膠材料或樹(shù)脂材料，剛性材料可為合金材料或金屬材料8 ο如圖1所示。
[0030]鋼軌減振墊I的周期單元內(nèi)各層周期子結(jié)構(gòu)的厚度尺寸與所關(guān)注振動(dòng)波長(zhǎng)一致以提高減振效果，且其寬度和長(zhǎng)度與鋼軌下鐵墊板承軌部位尺寸相匹配。
[0031]鋼軌減振墊I的周期子結(jié)構(gòu)的形狀為長(zhǎng)方體，其厚度介于軌底寬度的二十分之一至十分之一之間。
[0032]鋼軌減振墊I的周期單元的厚度尺寸應(yīng)相同，根據(jù)隔振需要，單個(gè)層狀周期單元根據(jù)其組成的周期子結(jié)構(gòu)可形成2周期單元、3周期單元或多周期單元，周期單元內(nèi)相對(duì)應(yīng)的周期子結(jié)構(gòu)的尺寸與材料應(yīng)該相同。
[0033]2周期單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其減振效果見(jiàn)圖2?？梢?jiàn)與純橡膠結(jié)構(gòu)相比，周期結(jié)構(gòu)的減振效果在低頻段內(nèi)非常出色;4周期單元的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其減振效果見(jiàn)圖4，可見(jiàn)單元周期數(shù)越大減振效果越好。但實(shí)際運(yùn)用時(shí)仍要考慮軌底與混凝土軌枕間空間的厚度，減振墊周期單元內(nèi)各層子結(jié)構(gòu)的厚度介于軌底寬度的二十分之一至十分之一之間。
[0034]實(shí)施例2:所述鋼軌減振墊I的周期子結(jié)構(gòu)也可在長(zhǎng)度與寬度方向設(shè)置若干周期性從結(jié)構(gòu)，所述的這些周期從結(jié)構(gòu)包括孔洞9和填充體10，所述的這些孔洞必須是相同結(jié)構(gòu)尺寸、相同規(guī)律分布，各個(gè)方向上等間距;在這些孔洞9中可設(shè)置若干柱狀體或錐狀體以及其它形狀的填充體10，之后與周期性軌道板I疊合成一個(gè)整體，在長(zhǎng)度縱向和寬度橫向上呈現(xiàn)一定等間隔周期布置，如圖5所示。作為優(yōu)選，除了柱狀周期性從結(jié)構(gòu)9的形式之外，還可以采用錐狀周期性從結(jié)構(gòu)，其減振效果好，施工難度低。
[0035]所述鋼軌減振墊I的周期從結(jié)構(gòu)的孔洞9和填充體10在長(zhǎng)度和寬度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)個(gè)數(shù)都應(yīng)該大于3，其結(jié)構(gòu)尺寸小于鋼軌減振墊I的1/10，其減振效果顯著;為了施工和養(yǎng)護(hù)維修方便，周期從結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)與鋼軌減振墊I平齊。
[0036]軌道需要減振的波的波長(zhǎng)越短，所述的鋼軌減振墊I周期從結(jié)構(gòu)的孔洞9和填充體10在一定長(zhǎng)度、寬度和厚度尺寸范圍內(nèi)周期數(shù)越多。
[0037]實(shí)施例3:本發(fā)明的應(yīng)用不僅僅局限于軌道交通，結(jié)構(gòu)尺寸略做調(diào)整后在機(jī)械設(shè)備與建筑物等需要減振措施的領(lǐng)域內(nèi)均可投入使用。比如，在居民住宅的樓板內(nèi)可加設(shè)一層具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的減振墊，起到衰弱樓板振動(dòng)的作用，大大降低了樓上居民的生活活動(dòng)對(duì)樓下居民帶來(lái)的噪聲影響；船用機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致的船體振動(dòng)不僅會(huì)影響船員的體感，引起海洋雜音，還會(huì)減弱船體的強(qiáng)度，在機(jī)器的安裝板和船體基板間加設(shè)一層具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的減振墊，可以有效削弱船用機(jī)器振動(dòng)帶來(lái)的危害;而隔振體系對(duì)于橋梁也很重要，橋梁的隔振體系可為橋梁提供水平柔性從而延長(zhǎng)其水平周期，同時(shí)能耗散振動(dòng)能量，并要有足夠剛度支撐起橋梁，具有層狀周期結(jié)構(gòu)特征的減振墊設(shè)置在橋梁的支座處可以達(dá)到這些效果。
[0038]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種減振結(jié)構(gòu)，其特征在于:具有層狀周期結(jié)構(gòu)，所采用的幾何參數(shù)和材料參數(shù)得以產(chǎn)生一定寬度的帶隙，并且能夠覆蓋各類振動(dòng)的主頻，從而使被保護(hù)或環(huán)境影響結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)極大衰減。2.一種具有權(quán)利要求1所述減振結(jié)構(gòu)的減振墊，其特征在于:所述鋼軌減振墊在厚度方向由至少兩個(gè)層狀周期單元組成，每個(gè)層狀周期單元由至少兩層周期性子結(jié)構(gòu)相互疊合而成，相鄰的周期性子結(jié)構(gòu)的組成材料不同。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減振墊，其特征在于:所述周期子結(jié)構(gòu)內(nèi)在長(zhǎng)度與寬度方向設(shè)置若干周期性從結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減振墊，其特征在于:所述各個(gè)層狀周期單元的厚度尺寸相同，各周期單元內(nèi)相對(duì)應(yīng)的周期子結(jié)構(gòu)的尺寸與材料相同。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減振墊，其特征在于:所述周期單元內(nèi)各層周期子結(jié)構(gòu)的厚度尺寸與所關(guān)注振動(dòng)波長(zhǎng)一致以提高減振效果;優(yōu)選地，所述周期子結(jié)構(gòu)的形狀為長(zhǎng)方體，其厚度小于長(zhǎng)度與寬度;優(yōu)選地，所述周期子結(jié)構(gòu)的厚度介于軌底寬度的二十分之一與十分之一之間。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減振墊，其特征在于:所述周期子結(jié)構(gòu)的組成材料分為剛性材料和彈性材料，優(yōu)選地，所述剛性材料為合金材料或金屬材料，所述彈性材料為橡膠材料或樹(shù)脂材料。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的減振墊，其特征在于:所述周期從結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸和材料相同，在周期子結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度和寬度方向呈現(xiàn)等間隔周期布置;優(yōu)選地，所述周期從結(jié)構(gòu)為柱狀體或錐狀體。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的減振墊，其特征在于:所述周期從結(jié)構(gòu)與周期子結(jié)構(gòu)組合形式為共有或是挖切關(guān)系。9.權(quán)利要求2至8中任一所述減振墊在軌道交通中的使用方法，其特征在于:所述鋼軌減振墊置于混凝土軌枕或軌道板承軌臺(tái)與軌底之間，通過(guò)扣件系統(tǒng)將其固定;所述鋼軌減振墊與軌枕或軌道板承軌臺(tái)之間也可設(shè)置鐵墊板，提高其支承強(qiáng)度。10.權(quán)利要求2至8中任一所述減振墊在城市軌道交通、高速鐵路、重載鐵路、普通鐵路、建筑物結(jié)構(gòu)、機(jī)器設(shè)備及橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】E01B9/68GK105951541SQ201610430320
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】楊新文, 沈劍罡, 彭洋, 趙昕, 王靖貽
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)