一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置

1.本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置。


背景技术：

2.2003年，德国科隆至法兰克福高速铁路上的声屏障曾由于受到列车运行脉动力的影响，发生破坏。其原因主要是声屏障的固有频率接近干扰力频率，引起结构的动力响应加大，受动荷载的影响，力、柱产生不同程度的弯曲变形，导致面板扭转，其单元板间通过铆钉连接的部位遭到破坏。最近在国内轨道交通中，不仅是高速铁路还是以较低车速(≤100km/h)运营的城市轨道交通，其高架桥上的声屏障都出现了类似的螺栓脱落、亚克力板开裂、铝合金压条拉断等现象。这些工程问题不仅使声屏障的隔音性能减弱甚至丧失，而且还造成了列车行驶的安全隐患。
3.在实际情况中，高架轨道交通桥梁上附属设施尤其声屏障结构长期受车致振动影响，现有减振措施多关注于轨道结构减振，而桥梁结构减隔震/振措施如盆式橡胶支座、橡胶减振支座等会加剧桥梁上部结构的振动，现有支座结构较难同时满足竖向和水平向承载力的需求。声屏障结构作为一种有效的降噪措施被广泛应用于轨道交通，若不能有效减小声屏障结构的振动，其振动辐射的结构噪声也会增大，因此，有必要提供一种合理有效的减隔振措施，不仅能提供足够的竖向和水平向承载能力以保证声屏障结构的安全，而且能有效减小声屏障结构的振动以保障声屏障的降噪效果。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置，以克服现有技术的不足，尤其是降低高架桥上声屏障结构振动。
5.根据本发明的一个方面，提供一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置，包括：
6.支撑机构，包括间隔设置的上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和所述下支撑板之间形成有安装区域；
7.第一减振机构，固定安装于所述安装区域内，所述第一减振机构包括弹性垫、限位环及减振阻尼器，所述弹性垫设于所述下支撑板上，所述限位环安装于所述下支撑板上且套设于所述弹性垫的周壁上，以对所述弹性垫限位，所述减振阻尼器的顶部与所述上支撑板固定连接，底部与所述弹性垫抵接；
8.第二减振机构，与所述第一减振机构间隔设置且固定安装于所述安装区域内，所述第二减振机构包括两个楔形固定块、缓冲空心柱及铅芯，两个所述楔形固定块分别固定安装于所述上支撑板和所述下支撑板上，且两个所述楔形固定块的楔形面相向设置，所述缓冲空心柱的两个端面分别与对应的两个所述楔形面螺纹连接，所述铅芯与所述缓冲空心柱的空心内圈过盈配合，且所述铅芯的两端分别与两个所述楔形固定块的楔形面固定连
接。
9.根据一些实施例，所述减振阻尼器包括壳套、两个金属弹片以及金属或者非金属的颗粒，两个金属弹片自上而下间隔设于所述壳套内，以将所述减振阻尼器分为三个腔体，每个所述腔体内均填充有金属或者非金属的颗粒群。
10.根据一些实施例，两个所述金属弹片平行设置，且每个金属弹片的两端分别与壳套高度方向的三等分线处固定连接，以将减振阻尼器均分为三个体积相同的腔体。
11.根据一些实施例，所述减振阻尼器还包括缓冲层，所述缓冲层环设于所述壳套的内壁上，所述金属或者非金属的颗粒群与所述缓冲层抵接。
12.根据一些实施例，所述金属或者非金属的颗粒群包括直径为2
‑
10mm高弹性材料的圆形颗粒。
13.根据一些实施例，所述限位环高于所述弹性垫；
14.所述第一减振机构还包括密封圈，所述密封圈设于所述限位环和所述减振阻尼器之间以保护所述弹性垫。
15.根据一些实施例，所述第二减振机构至少设有两个，且至少有两个所述第二减振机构分别设于所述第一减振机构的相对两侧。
16.根据一些实施例，所述铅芯与所述缓冲空心柱同轴设置。
17.根据一些实施例，所述楔形固定块呈三角柱状，两个所述楔形面相对于水平面的倾斜角度为15
°‑
45
°
之间。
18.根据一些实施例，所述缓冲空心柱包括多层橡胶圈和多层夹片，其中每层橡胶圈分别与每层夹片之间依次连接，所述缓冲空心柱的外表面设有氯丁橡胶保护层。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.通过第一减振机构的减振阻尼器的顶部与上支撑板固接，底部与弹性垫抵接，使得通过下支撑板经弹性垫等结构所传递的能量于减振阻尼器内转化动能，起到减振耗能的作用，具体为，以将减振阻尼器分为三个腔体，每个腔体内均填充有金属或者非金属的颗粒群。使得通过下支撑板经弹性垫等结构所传递的能量转化成金属或者非金属颗粒群的动能，在缓冲材料中互相碰撞，从而起到减振耗能的作用。且位于减振阻尼器底部的弹性垫，承受减振阻尼器所施加的承载力同时进一步减小纵向振动，起到减振的效果。进一步地，第二减振机构与第一减振机构间隔设置，第二减振机构受力时，缓冲空心柱内的铅芯塑性形变具有很大的滞回阻尼，耗散了更多的能量，增加减振功能，倾斜布置在两个楔形固定块上的缓冲空心柱和铅芯所构成的缓冲支座，使其不仅具有足够的竖向刚度和竖向承载力，同时也能承受一定的水平荷载。采用楔形固定块，能够使得装置具有足够的水平承载力，保证上部声屏障结构不会失稳。从而使得该声屏障减振耗能装置提供足够承载力承载声屏障，且能有效降低桥梁上部声屏障振动，避免声屏障也出现了螺栓脱落、亚克力板开裂、铝合金压条拉断等现象。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明提供的一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置的立体结构示意图；
23.图2为本发明提供的一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置的结构示意图；
24.图3为本发明提供的一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置安装后的结构示意图。
25.图中：支撑机构100、上支撑板110、下支撑板120、安装区域130、第一减振机构200、弹性垫210、限位环220、减振阻尼器230、壳套231、金属弹片232、金属或者非金属的颗粒群233、缓冲层234、密封圈240、第二减振机构300、楔形固定块310、缓冲空心柱320、铅芯330。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
27.请参阅图1
‑
3所示，本发明提供一种分布式附加阻尼结构的声屏障减振耗能装置，包括支撑机构100、第一减振机构200以及第二减振机构300，其中支撑机构100包括间隔设置的上支撑板110和下支撑板120，上支撑板110和下支撑板120之间形成有安装区域130。第一减振机构200，固定安装于安装区域130内，第一减振机构200包括弹性垫210、限位环220及减振阻尼器230，弹性垫210设于下支撑板120上，限位环220安装于下支撑板120上且套设于弹性垫210的周壁上，以对弹性垫210限位，减振阻尼器230的顶部与上支撑板110固定连接，底部与弹性垫210抵接。第二减振机构300与第一减振机构200间隔设置且固定安装于安装区域130内，第二减振机构300包括两个楔形固定块310、缓冲空心柱320及铅芯330，两个楔形固定块310分别固定安装于上支撑板110和下支撑板120上，且两个楔形固定块310的楔形面相向设置，缓冲空心柱320的两个端面分别与对应的两个楔形面螺纹连接，铅芯330与缓冲空心柱320的空心内圈过盈配合，且铅芯330的两端分别与两个楔形固定块310的楔形面固定连接。
28.在上述方案中，第一减振机构200的减振阻尼器230的顶部与上支撑板110固接，底部与弹性垫210抵接，使得通过下支撑板120经弹性垫210等结构所传递的能量于减振阻尼器230内转化动能，起到减振耗能的作用，位于减振阻尼器230底部的弹性垫210，承受减振阻尼器230所施加的承载力同时进一步减小纵向振动，起到减振的效果。进一步地，第二减振机构300与第一减振机构200间隔设置，第二减振机构300受力时，缓冲空心柱320内的铅芯330塑性形变具有很大的滞回阻尼，耗散了更多的能量，增加减振功能，倾斜布置在两个楔形固定块310上的缓冲空心柱320和铅芯330所构成的缓冲支座，使其不仅具有足够的竖向刚度和竖向承载力，同时也能承受一定的水平荷载，以确保结构不会失稳。从而通过该减振耗能装置能有效降低桥梁上部声屏障振动，避免声屏障也出现了螺栓脱落、亚克力板开裂、铝合金压条拉断等现象。
29.如图2所示，减振阻尼器230包括壳套231、两个金属弹片232以及金属或者非金属的颗粒，两个金属弹片232自上而下间隔设于壳套231内，以将减振阻尼器230分为三个腔
体，每个腔体内均填充有金属或者非金属的颗粒群233。使得通过下支撑板120经弹性垫210等结构所传递的能量转化成金属或者非金属颗粒群的动能，在缓冲材料中互相碰撞，从而起到减振耗能的作用。其中壳套231可以具体为钢板围合而成。
30.其中，两个金属弹片232平行设置，且每个金属弹片232的两端分别与壳套231高度方向的三等分线处固定连接，以将减振阻尼器230均分为三个体积相同的腔体。进一步地，减振阻尼器230还包括缓冲层234，缓冲层234环设于壳套231的内壁上，金属或者非金属的颗粒群233与缓冲层234抵接。通过两个金属弹片232将壳套231隔开，使得减振阻尼器230具有自上而下的三个体积相等的腔体，每个腔体里平铺一层金属或者非金属的颗粒群233，内壁环设有缓冲层234。通过减振阻尼器230下部结构传递过来的能量转化成金属或者非金属颗粒群的动能，在缓冲层234之间互相碰撞，从而起到更好的减振耗能的作用。
31.值得注意的是，在本实施例中，金属弹片232采用高弹性的金属薄片，金属或者非金属的颗粒群233包括直径为2
‑
10mm高弹性材料等圆形颗粒，缓冲层234为缓冲材料制成，缓冲材料可具体采用高阻尼粘弹性材料。
32.根据一些实施例，为了防止减振阻尼器230受力过程而发生易位，以损坏位于减振阻尼器230底部的弹性垫210，在本实施例中，限位环220配置为高于弹性垫210，第一减振机构200还包括密封圈240，密封圈240设于限位环220和减振阻尼器230之间避免减振阻尼器230底部磕碜到弹性垫210的边角，以对弹性垫210起到保护的效果，其中弹性垫210可具体为橡胶垫。
33.第二减振机构300至少设有两个，且至少有两个第二减振机构300分别设于第一减振机构200的相对两侧。通过第一减振机构200和第二减振机构300协同减振耗能的作用下，使得该声屏障减振耗能装置结构简单，传力受力明确，造价低廉，施工安装便捷。
34.另外，楔形固定块310呈三角柱状，两个楔形面相对于水平面的倾斜角度为15
°‑
45
°
之间，可具体为30
°
，将缓冲空心柱320倾斜的布置在楔形固定块310上，使其不仅具有足够的竖向刚度和竖向承载力，同时也能承受一定的水平荷载，以确保结构不会失稳。
35.根据一些实施例，缓冲空心柱320包括多层橡胶圈和夹片，其中多层橡胶圈与夹片之间连接，且橡胶圈看而具体采用高阻尼粘弹性材料制成。另外，缓冲空心柱320外表面设有氯丁橡胶保护层，以对缓冲空心柱320形成有效的保护。
36.值得注意的是，铅芯330具有较低的屈服点和较高的塑性变形能力，可使支座的阻尼比达到20％
‑
30％，同时又具有增加第二减振机构300的初始刚度，当第二减振机构300发生水平变形时，整个铅芯330由于被两个楔形固定块310约束而强迫发生剪切变形吸收能量。且其视始剪切刚度可以达到普通叠层橡胶支座刚度的10倍以上，而屈服后的刚度接近普通叠层橡胶支座的刚度。铅芯330在单独使用时不容易吸收能量，但铅芯330的性能较为稳定，可以在常温下结晶，利用缓冲空心柱320对铅芯330的约束，缓冲空心柱320内的铅芯330通过动态恢复与再结晶过程，以及缓冲空心柱320的剪切拉力作用下，使其在反复变形时可以发挥其稳定的耗能作用。
37.根据一些实施例，铅芯330与缓冲空心柱320同轴设置，且由于铅的屈服应力较低(约7mpa)，并在塑性变形条件下具有较好的疲劳特性，处于弹性的铅具有大的初始刚度，竖向刚度很大可以支持上部结构重量。变位较大时等价水平刚度很小，能有效地延长桥梁的固有周期，减小震动反应，从而保证了在风力、制动力等常时小水平荷载作用下的良好使用
性。
38.如图3所示，该声屏障减振耗能装置位于轨道高架桥箱梁翼缘，且根据减振耗能的效果可呈分布密集型或满铺的方式设于声屏障立柱底端，下支撑板120与轨道高架桥箱梁翼缘采用高强度螺栓连接，声屏障立柱底端位于减振阻尼器230的正上方，并与上支撑板110螺栓连接。
39.由此可知，通过第一减振机构200的减振阻尼器230的顶部与上支撑板110固接，底部与弹性垫210抵接，使得通过下支撑板120经弹性垫210等结构所传递的能量于减振阻尼器230内转化动能，起到减振耗能的作用，具体为，以将减振阻尼器230分为三个腔体，每个腔体内均填充有金属或者非金属的颗粒群233。使得通过下支撑板120经弹性垫210等结构所传递的能量转化成金属或者非金属颗粒群的动能，在缓冲材料中互相碰撞，从而起到减振耗能的作用。且位于减振阻尼器230底部的弹性垫210，承受减振阻尼器230所施加的承载力同时进一步减小纵向振动，起到减振的效果。进一步地，第二减振机构300与第一减振机构200间隔设置，第二减振机构300受力时，缓冲空心柱320内的铅芯330塑性形变具有很大的滞回阻尼，耗散了更多的能量，增加减振功能，倾斜布置在两个楔形固定块310上的缓冲空心柱320和铅芯330所构成的缓冲支座，使其不仅具有足够的竖向刚度和竖向承载力，同时也能承受一定的水平荷载。采用楔形固定块310，能够使得装置具有足够的水平承载力，保证上部声屏障结构不会失稳。从而使得该声屏障减振耗能装置提供足够承载力承载声屏障，且能有效降低桥梁上部声屏障振动，避免声屏障也出现了螺栓脱落、亚克力板开裂、铝合金压条拉断等现象。
40.本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。