[发明专利]内嵌耗能装置的分层轨道板结构

说明书

本发明涉及内嵌耗能装置的分层轨道板结构，包括上层轨道副板、下层轨道主板、中间弹性垫层和内嵌耗能装置。所述上层轨道副板覆盖于预留槽体的下层轨道主板，之间通过中间弹性垫层连接，槽内安装独立耗能装置，或注入阻尼液体与上层轨道副板配合形成耗能装置。所述耗能装置可为金属阻尼器、豆包阻尼器、散体颗粒阻尼器、液态粘滞阻尼器或粘弹性阻尼器等。本发明提出的耗能型分层轨道板，结构预制、施工简单、便于维修，在保证减振轨道原有隔振效果的前提下，有效耗散所隔离振动能量，改善轮轨病害和车内噪声问题，同时对低于隔振系统自振频率因而无法隔离的振动能量进行衰减，缓解桥梁及沿线建筑结构振动及二次辐射噪声问题。

技术领域

本发明涉及轨道交通振动控制领域，尤其是涉及一种内嵌耗能装置的分层轨道板结构。

背景技术

作为最具可持续性的交通运输模式，轨道交通是我国国民经济的大动脉，对现代城市建设和社会发展起着全局性支撑作用。然而，轨道交通的迅猛发展始终伴随着振动噪声问题，严重影响着市民日常生活。相关建设部门和设计单位投入大量资金和人力，逐步完善减振轨道结构，以满足振动控制需求。上海地铁12号线减振扣件线路占总长17.5％，高等级浮置板轨道结构占21.3％，13号线一期减振路段占总线比例高达57％。北京地铁4号线和5号线减振线路分别占总长31％和53％。二线城市中，如宁波地铁2号线一期减振路段占全长50％，哈尔滨地铁2、3号线二期、青岛地铁8号线减振路段均占全长比例42％以上。

我国城市轨道交通减振措施按减振等级可分高等、中等和普通减振轨道。高等级减振轨道主要为浮置板轨道，包括分布式、线式或整体式橡胶浮置板或钢弹簧浮置板结构，减振效果大于15dB，最高可达35dB；中等减振轨道主要包括先锋扣件、弹性短轨枕和长轨枕、梯形轨枕等，减振效果约为10～15dB；普通减振轨道主要采用各类弹性扣件，最高减振效果可达10dB。

尽管上述不同等级减振轨道结构的优化和完善，使轨道交通减振降噪成效显著。但就目前而言，仍然存在无法解决的难题和逐渐暴露的新问题。比如，轨道交通现有减振措施绝大多数采用经典隔振理论，即利用质量-弹簧系统将振动能量有效隔离，使其无法向下和沿线传递。越来越多的理论和试验研究结果表明，安装有中、高等级隔振措施的减振轨道振动能量聚集在轨道上部结构中，相对于普通整体道床更易于钢轨和车轮及零部件的机械病害。其次，高等级减振轨道，尤其是地下线路中逐渐暴露的车内噪声问题日益严重，一方面轨道板和钢轨振动通过车辆悬挂系统传递至车体进而向车内辐射噪声，另一方面轮轨噪声以及隧道内低频结构噪声以直达声或透射声的形式传递至客室和司机室。导致上述问题的根本原因在于，高弹性扣件、浮置板轨道等隔振措施虽然可以对系统能量进行有效的重新分配，却无法予以消耗，因而应用超弹性扣件系统的轨道线路更易于出现钢轨波磨等病害，高等级浮置板线路段车内噪声相对更加显著。此外，为满足轨道结构强度要求，弹性元件刚度特征参数具有下限要求，导致大多隔振措施始终对低频范围无能为力，尤其对于普通等级和中等隔振措施，小于其自由频率的振动能量仍会通过轨道及基础结构传递至沿线建筑，引发振动和二次噪声问题。

除了上述基于隔振理论的轨道结构隔振措施以外，钢轨调谐式减振装置利用调谐质量块的惯性力抵消特征频率下的轮轨载荷，以改善轨道结构振动响应特性的方法；阻尼钢轨、拼接式吸能轨道板等阻尼耗能装置主要利用橡胶等高分子粘弹性阻尼材料消耗吸收振动能量，达到减振降噪的目的。然而，调谐质量阻尼器和阻尼钢轨虽能有效抵消轮轨激励或吸收钢轨振动能量，但仅在较窄的设计频域内发挥显著作用。拼接式吸能弹性道床通过在道床板拼接表面喷涂阻尼材料，吸收振动能量，但所喷涂阻尼材料体积和上下板变形的不同步性有限，一定程度上限制了能量吸收效果。

发明内容

本发明提供了一种内嵌耗能装置的分层轨道板结构，本发明一方面对减振扣件、弹性轨枕、浮置板轨道等隔振措施起到低频范围振动控制补偿效果，另一方面是在保证上述中、高等级减振轨道原有隔振效率的前提下，通过轨道板结构内嵌耗能装置，增大上部轨道结构振动能量的耗损效果，达到改善减振轨道动态响应特征的目的，进而实现对轮轨病害的缓解和车内噪声的合理控制。