一种城市轨道交通隧道浮置板道床的准零刚度隔振方法与流程

本发明涉及一种城市轨道交通隧道浮置板道床的隔振方法，尤其是指一种城市轨道交通隧道浮置板道床的准零刚度隔振方法；该城市轨道交通隧道浮置板道床的准零刚度隔振方法可以在城市轨道交通的隧道狭窄的道床上实现准零刚度隔振；属于轨道交通隧道浮置板道床的隔振。

背景技术：

1、由于城市轨道交通具有高速快捷、客运量大、安全可靠性高、无烟气排放污染等优点, 近年来被国内外许多大中城市采用为交通主干线以缓解城市化带来的交通压力。然而随着城市轨道交通的快速发展，在对城市交通状况改善带来了极大的便利的同时，也带来了很大的噪声污染问题；如不采取有效的措施，既会降低乘客的舒适度，还会降低车辆各种零部件的使用寿命，同时也会影响铁路沿线居民的工作和生活质量及各种设备、建筑的寿命。因此，城市轨道交通建设对环境振动噪声控制成为十分重要课题。

2、通过研究发现，城市轨道交通的噪声污染主要是因为车辆通过时的的车辆振动、空气阻力摩擦所造成的声、辐射噪声等形成的噪声污染；其中最为主要的是车辆通过时的振动所引起的噪声，因此目前针对列车行驶时噪声都会采取尽可能好的隔振措施。目前采取的隔振措施很多，主要是采用隔振材料、减振器等技术控制列车噪声；对关键部件的制造和维护更加严格，保证噪声产生的最小化；同时采用适量的弯线和垫砖等措施，减少钢轨和混凝土间摩擦产生的噪声；设置隔音墙等，减少轨道交通运行带来的环境噪声。其中，在线路方面，目前最为常用的就是轨道减振器与弹性支承块或浮置板组合应用实现有效隔振。

3、然而，根据隔振理论：隔振系统的参振质量越大、支承刚度越小，其系统的固有频率就越小，隔振效果就越好。就目前城市轨道交通减振措施应用中隔振效果最好的钢弹簧浮置板减振轨道而言，由于采用了大质量和低刚度的“质量-弹簧加阻尼”隔振系统，即浮置板与轨道减振器组合的隔振系统；这种隔振系统在通常的车站等地面平直路面具有较好的隔振效果。但在实际工程设计中由于受到隧道空间、建设成本以及列车运行安全等多方面的限制，使得采用加大质量和降低刚度来提高隔振系统的隔振效果具有相当大的局限性。因此现有的常规路面的轨道减振器与弹性支承块或浮置板组合隔振系统难以满足现有城市轨道交通隔振的需要，尤其是对于如隧道或桥梁等狭小空间现有加大质量和降低刚度的隔振方法通过更是难以适应；尤其是对于列车高速通过隧道时，由于隧道内的低频所产生的振动隔振效果更差，以致在车辆通过隧道时会产生比一般路面更强烈的振动，从而造成噪声的污染增强。这种现象很有必要对此加以解决。

4、而准零刚度隔振技术是通过获取较高的静态刚度和较低的动态刚度，从而在保证其承载能力的基础上具有很好的低频隔振性能。近年来准零刚度隔振技术已成为国内外学者的研究热点，也提出了一些技术方案，但从技术方案的实际引用价值来看，尚都不具备工程化应用的价值，尤其是不适合城市轨道交通的浮置板道床所采用。由此，准零刚度隔振装置的设计与应用成为减/隔振技术领域所追求的目标。但目前真正进入工程化应用的主要仍以将负刚度组合部件并联到正刚度系统中实现准零刚度为主；且已经有不少关于所谓“准零刚度隔振”的文献报道，但是目前所推出的所谓“准零刚度”隔振装置，大多只是一些学校所进行科研的研究，缺乏真实可实际工程化应用的“准零刚度”隔振装置；其中最为与本技术相关的有如下几个：

5、1、专利名称为“准零刚度隔振装置浮置板道床及其设计方法”（cn201810244688.6）的发明专利，该发明专利公开了一种准零刚度隔振装置浮置板道床及其设计方法，包括浮置板、设置在浮置板内的隔振组件，隔振组件沿浮置板长度方向间隔分布，其特征在于所述的隔振组件包括浇筑在浮置板内的外套筒和装在外套筒内的准零刚度隔振装置，所述的准零刚度隔振装置与外套筒之间垫有用于调节浮置板高度的调高垫片，外套筒的顶部盖有绝缘盖板。

6、2、专利名称为“一种铁路减振轨道用准零刚度隔振装置及道床板”（cn202120434799.0）的实用新型专利，该实用新型隔振器包括筒形支撑底座和蝶形弹簧，所述筒形支撑底座内设有橡胶支座，所述橡胶支座顶部设有下翼缘承载板，所述下翼缘承载板上设有竖向设置的连接杆，所述连接杆上螺纹连接有上翼缘承载板，所述连接杆穿过所述蝶形弹簧，所述蝶形弹簧的底端抵接于所述筒形支撑底座的筒顶端，所述蝶形弹簧的顶端抵接于所述上翼缘承载板底面。

7、3、专利名称为“一种可灵活调节的准零刚度减振平台”（cn201510438515.4）的发明专利，该发明包括定平台、动平台、减振组件和推力组件；减振组件与定平台和动平台连接，推力组件是设置于定平台上，且用于对动平台施加推力，推力组件在动平台周围设有多个。该减振平台可实现在其静平衡位置的准零刚度和静平衡位置附近的非线性刚度，能解决传统线性隔振系统隔离低频或超低频振动时的难题。但该发明只是提供了一种可灵活调节的准零刚度减振平台，因结构尺寸较大、零部件多、集成度不高，不适用于轨道道床板。

8、现有技术存在的问题或缺点：

9、上述这些专利虽都涉及到了负刚度单元，也提出了一些改进的技术方案，但是仔细分析可以发现，这些专利都是不能真正用在实际的工程中去的；其中，

10、专利1只是提供了一种可灵活调节的准零刚度减振平台，因结构尺寸较大、零部件多、集成度不高，不适用于轨道浮置板道床应用。

11、专利2提出了一种利用大中小多种碟簧的方式来实现负刚度，这种方法在理论上虽可行，但实际应用中，很难控制碟簧的形变；尤其是采用碟簧来实现负刚度，当碟簧接近水平时很容易出现翻转，而产生失效，因此采用碟簧来实现负刚度得做法是不可取的。

12、专利3提出了一种理论化的浮置板道床准零刚度隔振装置，但实际上的结构是无法实现所谓“准零刚度”隔振施的，因此不具备实际应用价值。

13、为了解决现有钢弹簧或橡胶弹簧隔振器的浮置板道床所存在的难以隔离低频或超低频振动时的问题，减小道床板起始隔振频率，增大隔振频率范围，提升隔振效率，有必要研制一种能工程化应用的，动态刚度低的准零刚度浮置板道床隔振装置。而且随着城市轨道交通的快速发展，以及对环境污染控制力度的加大，该产品的用量将会越来越大，所以值得认真研究。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有城市轨道隧道内减振隔振效果不好的不足，提出一种利用准零刚度隔振解决城市轨道交通浮置板道床噪声污染的方法；该种利用准零刚度隔振解决城市轨道交通浮置板道床噪声污染的方法不仅可以将准零刚度隔振真实地应用于城市轨道交通的浮置板道床中，隔离低频或超低频振动，而且具有制作简单，完全具备工程化应用价值，可以有效解决城市轨道交通的浮置板道床的减振降噪问题。

2、本发明主要通过以下技术方案实现的：一种城市轨道交通隧道置板道床的准零刚度隔振方法及制作方法，在城市轨道交通的浮置板道床上设置混凝土浮置板，混凝土浮置板中设置有准零刚度隔振装置，准零刚度隔振装置包括正刚度组件、负刚度组合部件和调高垫板，通过准零刚度隔振装置使得混凝土浮置板在浮置板道床上处于浮置状态；所述的负刚度组合部件为可转动簧片组合形成的负刚度装置，负刚度组合部件是由多个可转动片弹簧形成的负刚度单元组合，垂直叠加形成的负刚度机构，负刚度机构布置在正刚度组件的上面，并随正刚度组件的上端承载平台浮动，在浮动过程中通过可转动片弹簧的上下移动、转动和压缩形成负刚度，实现混凝土浮置板的准零刚度的隔振。

3、进一步地，负刚度组合部件是由多个可转动片弹簧形成的负刚度单元组合，垂直叠加形成的负刚度机构，负刚度机构布置在正刚度组件的上面是指将多块单个可转动片弹簧所形成的负刚度单元，按照环形布置的方式组成为一个环形的负刚度单元组合，再将多个负刚度单元组合垂直叠加组合在一起形成负刚度机构，并将负刚度机构安装在封闭的环形筒体内，形成负刚度组合部件，再将负刚度组合部件设置在正刚度组件的上面。

4、进一步地，所述的通过可转动片弹簧的上下移动、转动和压缩形成负刚度是采用宽度小于长度的长条形片弹簧，长条形片弹簧两端分别通过转动节点安装在负刚度组合部件的上支撑块和下支撑块上，并在随上支撑块和下支撑块相互上下移动中，并在上下移动中围绕可转动节点转动，同时压缩可转动片弹簧；通过可转动片弹簧的上下移动、转动和压缩改变可转动片弹簧垂直方向的分力大小，形成负刚度。

5、进一步地，所述的通过可转动片弹簧的上下移动、转动和压缩改变可转动片弹簧垂直方向的分力大小是指采用屈曲式片弹簧，屈曲式片弹簧安装在负刚度单元的上支撑块和下支撑块之间；在屈曲式片弹簧随上支撑块和下支撑块相互上下移动中，通过片弹簧的屈曲式变形改变可转动片弹簧垂直方向的分力大小，形成负刚度，使之与正刚度匹配，形成准零刚度隔振。

6、所述的通过可转动片弹簧的上下移动、转动和压缩改变可转动片弹簧垂直方向的分力大小是指采用弹性可转动节点；可转动片弹簧两端通过可转动节点与负刚度单元的上支撑块和下支撑块连接，且至少有一端的可转动节点为弹性可转动节点；当可转动片弹簧随上支撑块和下支撑块相互上下移动中，通过片弹簧压缩弹性可转动节点改变可转动片弹簧垂直方向的分力大小，形成负刚度，使之与正刚度匹配，形成准零刚度隔振。

7、进一步地，所述的通过可转动片弹簧的上下移动、转动和压缩改变可转动片弹簧垂直方向的分力大小是采用屈曲式片弹簧与弹性可转动节点配合形成负刚度；可转动片弹簧为屈曲式片弹簧，屈曲式片弹簧两端通过可转动节点与负刚度单元的上支撑块和下支撑块连接，且至少有一端的可转动节点为弹性可转动节点；当可转动屈曲式片弹簧随上支撑块和下支撑块相互上下移动中，一边通过屈曲式片弹簧屈曲式变形，一边通过屈曲式片弹簧压缩弹性可转动节点，使弹性可转动节点产生形变，二者联合改变屈曲式片弹簧垂直方向的分力大小，形成负刚度，使之与正刚度匹配，形成准零刚度隔振。

8、进一步地，所述的屈曲式片弹簧为扁平状的弹簧片，整体为长方形的片状，其宽度为长度的1/3-1/2，且沿长度方向中部向下微微弯曲，长度方向的两端设置以宽度方向为轴线的圆柱面，圆柱面的半径约为弹簧片厚度的1.3-1.8倍，端部圆柱面与弹簧片厚度方向的上、下表面实行圆弧过渡。

9、优选地，弹簧片长度(l)为14-25mm；厚度为0.6-1mm；这样可以有效保证屈曲式片弹簧的屈曲形变效果，圆柱面的半径约为弹簧片厚度的1.3-1.8倍，端部圆柱面与弹簧片厚度方向的上、下表面实行圆弧过渡。

10、进一步地，所述的屈曲式片弹簧的长度方向与水平面之间设置一个倾斜的角度，其两端的圆柱面分别构成上支撑块和下支撑块的上、下两个关节性支承面；倾斜的角度(a)为15-25度之间。

11、进一步地，所述的屈曲式片弹簧两端的可转动节点圆柱面上分别包裹铜瓦，即上支承铜瓦和下支承铜瓦。

12、进一步地，所述的弹性可转动节点包括橡胶层和支撑弹簧片；橡胶层和支撑弹簧片硫化在一起，橡胶层在分别硫化在上支撑块和下支撑块的节点关节位置上，可转动片弹簧两端插入在支撑弹簧片中，形成弹性可转动节点。

13、进一步地，所述的支承弹簧片为一个宽度与片弹簧宽度一致，而长度方向弯曲成一个类似弓形的弹簧片，其中间部位的圆柱形凹面与片弹簧的支承铜瓦形成一对摩擦副式的连接。

14、进一步地，所述的上支撑块和下支撑块是只有一个允许上下运动的承载部件，其相对方向设有一个弓形的凹面，与支承弹簧片弓形的凸面形成对应的配合关系，在支承块弓形的凹面与支承弹簧片弓形的凸面之间保留的空隙用支承橡胶件进行填充并整体粘接硫化在一起形成弹性层。

15、本发明的有益效果为：由于采用准零刚度隔振装置替换现有城市轨道交通的浮置板道床中的钢弹簧或橡胶弹簧隔振器，可实现在静平衡状态下，动态刚度低或趋近于零，解决了传统线性隔振系统隔离低频或超低频振动时的难题，减小了起始隔振频率，增大了隔振频率范围，提高了系统隔振效率。同时完整的保留了现有浮置板减振轨道的承载能力和可靠性。