一种复合地铁振动减振层装置及设计方法

1.本发明涉及振动及噪声控制领域，具体涉及一种基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置及设计方法。


背景技术：

2.地铁轨道交通以其便利快捷的出行体验，在大城市得到快速发展。城市地铁交通引起的环境振动，主要是由于车辆高速运行产生了振动波，再通过土体传播至地表环境，从而影响沿线建筑物的寿命和居民的健康，同时对精密仪器的正常使用也会产生干扰。许多国家出现过由于列车的振动和噪音而引起的居民投诉。因此，在进行地铁上盖建筑物建设时，如何对地铁上盖建筑采取合理的隔振措施，是工程界的热点问题。
3.现有的轨道交通上盖竖向减振的研究主要集中三维隔振减振支座或者土层减振措施，均为单一的减振措施，且未能有效减少地铁振动波诱发的结构振动有效措施。
4.为了切实有效地减少轨道交通上盖结构的振动，本发明提出了一种新型橡胶砖块减振措施，地铁振动波在传播到结构的过程中，在结构体系的支护结构与地下室之间上利用橡胶砖块对振动波进行减振，可切实减少地铁轨道交通上盖结构的地铁振动，推动轨道交通上盖物业的开发。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提出了一种基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置及其设计方法，通过结构改进设计和各部分的协同配合，解决上述技术问题。
6.本发明提供如下的技术方案：
7.一种复合地铁振动减振层装置，其是基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置，包括结构底板转换层，所述结构底板转换层与支护结构连接，所述结构底板转换层顶部设置有地下室剪力墙结构；
8.所述地下室剪力墙结构靠近地铁隧道端与支护结构之间通过新型橡胶砖块连接；所述地下室剪力墙结构远离地铁隧道端与支护结构之间通过回填土连接。
9.优选的，所述新型橡胶砖块内部为空心。
10.优选的，所述支护结构埋于地底深度大于地铁隧道深度。
11.优选的，所述结构底板转换层顶部还设置有结构竖向传力构件。
12.更优的，所述结构竖向传力构件通过地下室楼板与地下室剪力墙结构连接。
13.更优的，所述结构竖向传力构件为井字形结构。
14.本发明还提供一种前述基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置空心砖块的设计方法，基于实际地铁震动情况设计的空心橡胶砖块使得装置达到最佳减震效果，具体步骤如下：
15.(1)橡胶砖块的减振性能需求。根据结构的地铁振动减振的性能需求，初步提出橡胶砖块的相关关键参数的性能需求，如静态性能、动态性能、橡胶层厚度及空心层厚度。并
对土层参数进一步进行设计验算。
16.(2)橡胶材料性能属性设计。根据原来废弃橡胶材料的属性，合理地选用合适的加工工艺去进行配方设计，之后测试橡胶材料的耐久性、抗蠕变性能、耐疲劳性能和高阻尼性能，确保橡胶材料达到规范要求和使用要求。
17.(3)橡胶砖块的橡胶层厚度设计与空心层厚度设计。橡胶层厚度与空心层厚度是影响减振效果的重要因素，根据效果进行橡胶层厚度与空心层厚度的初步方案的评估。
18.(4)橡胶砖块的动、静刚度性能设计。根据性能需求，结合现有的橡胶材料的特点，通过锤击法或激振器进行测量的测试方法，制作产品测试，得出橡胶的动静刚度。进一步，根据改进配合比，优化橡胶的属性，确定橡胶的动静刚度。
19.(5)减振性能分析评。利用有限元模拟初步探索减振性能的规律，并加以现场模拟实验作为对比，验证有限元模拟的准确性；若不满足减震性能评估，需重新设计橡胶材料性能属性。
20.本发明的提供的基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置及设计方法，其相比于现有的技术，还具有如下优点：
21.(1)本专利的新型橡胶砖块为装配式工艺，施工方便，能够有效降低项目的施工材料成本和施工机械成本。
22.(2)本专利的橡胶砖块中间为空心，能多次有效地衰减地铁振动波，减振效果显著。
23.(3)能够利用废弃橡胶颗料制作成橡胶砖块，能够有效降低造价，同时能够更进一步地节约社会资源。本专利能有效减少地铁上盖建筑的地铁振动，降低轨道交通的振动对结构舒适度的影响，避免了结构的振动及振动二次噪音超标，推动地铁上盖物业的开发。
附图说明
24.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
25.图1是本发明装置隔振措施示意图；
26.图2是本发明装置隔振措施俯视图；
27.图3是本发明装置橡胶砖块示意图；
28.图4是本发明装置空心砖块设计方法示意图。
29.其中，1-新型橡胶砖块，2-支护结构，3-地下室剪力墙结构，4-地下室楼板，5-结构竖向传力构件，6-结构底板转换层,7-回填土。
具体实施方式
30.以下结合具体实施例对一种基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
31.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接，可以是机械
连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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在本发明中的具体含义。
32.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
33.本发明装置在普通的回填土基础之上做进一步优化，通过将废弃轮胎与渣土混合而成新的回填土，使得废弃轮胎分散在回填土的各个位置上，可以做到对地铁振动波的多次不规则反射和散射，组成一道简单且高效复合隔振沟的隔振措施，使得地铁振动波的传递得到有效衰减，同时回填土提供抗侧力给支护结构，防止支护结构倒塌。
34.本发明提出了一种基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置，如图1和图2所示，包括结构底板转换层6，所述结构底板转换层6与支护结构2连接，所述结构底板转换层6顶部设置有地下室剪力墙结构3；
35.所述地下室剪力墙结构3靠近地铁隧道端与支护结构之间2通过新型橡胶砖块1连接；所述地下室剪力墙结构3远离地铁隧道端与支护结构2之间通过回填土7连接。
36.优选的，所述新型橡胶砖块1内部为空心。
37.优选的，所述支护结构2埋于地底深度大于地铁隧道深度。
38.优选的，所述结构底板转换层顶部6还设置有结构竖向传力构件5。
39.更优的，所述结构竖向传力构件5通过地下室楼板4与地下室剪力墙结构3连接。
40.更优的，所述结构竖向传力构件5为井字形结构。
41.橡胶隔振沟是屏障隔振中一种比较好的隔振措施，本专利在普通的橡胶隔振沟基础之上做进一步优化，用新型橡胶砖块将橡胶层或橡胶颗料替换，新型橡胶砖块为将橡胶制作成砖块状，中间空心，能有效阻隔地铁振动波的传递，同时橡胶提供抗侧力支撑回填土。
42.支护结构2与地下室剪力墙结构3之间，通过填充回填土和堆砌橡胶砖层，形成了支护结构-土层-橡胶砖层-地下室剪力墙层的复合减振沟。地铁振动波在固体中传播时，两种固体介质的刚度差异越大，减振效果越明显，地铁振动经过较硬的支护结构后，在经过较柔软的土层，形成了第一次振动的衰减，进一步经过空心的橡胶砖层后，振动会得到第二次衰减，而振动再穿过地下室剪力墙后，会得到第三次的振动衰减。因此，该复合减振层，充分利用了不同材料层的刚度差异的特点，对地铁振动进行了多次衰减，将非常显著的减少地铁各个频带范围的振动。
43.本发明还提供前述的基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置空心砖块设计方法，基于实际地铁震动情况设计的空心橡胶砖块使得装置达到最佳减震效果，如图4所示，具体步骤如下：
44.(1)橡胶砖块的减振性能需求。根据结构的地铁振动减振的性能需求，初步提出橡胶砖块的相关关键参数的性能需求，如静态性能、动态性能、橡胶层厚度及空心层厚度。并对土层参数进一步进行设计验算。
45.(2)橡胶材料性能属性设计。根据原来废弃橡胶材料的属性，合理地选用合适的加工工艺去进行配方设计，之后测试橡胶材料的耐久性、抗蠕变性能、耐疲劳性能和高阻尼性能，确保橡胶材料达到规范要求和使用要求。
46.(3)橡胶砖块的橡胶层厚度设计与空心层厚度设计。橡胶层厚度与空心层厚度是影响减振效果的重要因素，根据效果进行橡胶层厚度与空心层厚度的初步方案的评估。
47.(4)橡胶砖块的动、静刚度性能设计。根据性能需求，结合现有的橡胶材料的特点，通过锤击法或激振器进行测量的测试方法，制作产品测试，得出橡胶的动静刚度。进一步，根据改进配合比，优化橡胶的属性，确定橡胶的动静刚度。
48.(5)减振性能分析评。利用有限元模拟初步探索减振性能的规律，并加以现场模拟实验作为对比，验证有限元模拟的准确性；若不满足减震性能评估，需重新设计橡胶材料性能属性。
49.本发明上述实施例提供的隔振减振装置，可广泛应用于地铁周边建筑支护结构与地下室之间的减振；为在支护结构和地下室剪力墙结构之间填充废弃轮胎与渣土的回填土，形成了支护结构-混合土层-地下室剪力墙层的复合减振沟，能有效减少传递给结构的地铁振动。对废旧轮胎的巧妙利用，可以降低造价，节约土地空间，有效实现了减少地铁振动的复合减振沟减振，能显著减少地铁振动，使轨道交通周边结构的振动和噪音满足相关规范和标准的要求，推动地铁上盖物业的开发发展。
50.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种复合地铁振动减振层装置，其特征在于，其是一种基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置，包括结构底板转换层(6)，所述结构底板转换层(6)与支护结构(2)连接，所述结构底板转换层(6)顶部设置有地下室剪力墙结构(3)；所述地下室剪力墙结构(3)靠近地铁隧道端与支护结构(2)之间通过新型橡胶砖块(1)连接；所述地下室剪力墙结构(3)远离地铁隧道端与支护结构(2)之间通过回填土(7)连接。2.根据权利要求1所述的复合地铁振动减振层装置，其特征在于，所述新型橡胶砖块(1)内部为空心。3.根据权利要求1所述的复合地铁振动减振层装置，其特征在于，所述支护结构(2)埋于地底深度大于地铁隧道深度。4.根据权利要求1所述的复合地铁振动减振层装置，其特征在于，所述结构底板转换层(6)顶部还设置有结构竖向传力构件(5)。5.根据权利要求4所述的复合地铁振动减振层装置，其特征在于，所述结构竖向传力构件(5)通过地下室楼板(4)与地下室剪力墙结构(3)连接。6.根据权利要求4所述的复合地铁振动减振层装置，其特征在于，所述结构竖向传力构件(5)为井字形结构。7.一种权利要求1～6任一项所述复合地铁振动减振层装置的设计方法，其特征在于，其包括步骤如下：(1)橡胶砖块的减振性能需求：根据结构的地铁振动减振的性能需求，初步提出橡胶砖块的相关关键参数的性能需求，如静态性能、动态性能、橡胶层厚度及空心层厚度。并对土层参数进一步进行设计验算；(2)橡胶材料性能属性设计：根据原来废弃橡胶材料的属性，合理地选用合适的加工工艺去进行配方设计，之后测试橡胶材料的耐久性、抗蠕变性能、耐疲劳性能和高阻尼性能，确保橡胶材料达到规范要求和使用要求；(3)橡胶砖块的橡胶层厚度设计与空心层厚度设计：橡胶层厚度与空心层厚度是影响减振效果的重要因素，根据效果进行橡胶层厚度与空心层厚度的初步方案的评估；(4)橡胶砖块的动、静刚度性能设计：根据性能需求，结合现有的橡胶材料的特点，通过锤击法或激振器进行测量的测试方法，制作产品测试，得出橡胶的动静刚度。进一步，根据改进配合比，优化橡胶的属性，确定橡胶的动静刚度。(5)减振性能分析评：利用有限元模拟初步探索减振性能的规律，并加以现场模拟实验作为对比，验证有限元模拟的准确性；若不满足减震性能评估，需重新设计橡胶材料性能属性。

技术总结
本发明公开了一种复合地铁振动减振层装置及设计方法，其中基于装配式空心橡胶砖块的复合地铁振动减振层装置，包括结构底板转换层，所述结构底板转换层与支护结构连接，所述结构底板转换层顶部设置有地下室剪力墙结构；所述地下室剪力墙结构靠近地铁隧道端与支护结构之间通过新型橡胶砖块连接；所述地下室剪力墙结构远离地铁隧道端与支护结构之间通过回填土连接。本发明应用于地铁周边建筑支护结构与地下室之间的减振，可以降低造价，节约土地空间，有效实现了减少地铁振动的复合减振沟减振，能显著减少地铁振动，使轨道交通周边结构的振动和噪音满足相关规范和标准的要求，推动地铁上盖物业的开发发展。动地铁上盖物业的开发发展。动地铁上盖物业的开发发展。


技术研发人员：周云 卢梓聪 梁秋河 康佳州 李钧睿 梁晓遥
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/25