CN109736362A - 隔振系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种隔振系统，通过设置第一底垫和第二底垫，在第一底垫和第二底垫之间设置隔振基础，实现对目标隔振建筑的二级隔振。由于第一底垫和第二底垫为柔性材料，可以使隔振基础在第一底垫和第二底垫之间上下往复振动或扭转，可以对地基产生的振动能量进行耗散，使目标隔振建筑感受到的振动能量大大降低，达到了减轻目标隔振建筑振动的效果。

Description

隔振系统

技术领域

本发明实施例涉及振动隔离技术领域，更具体地，涉及隔振系统。

背景技术

目前，地铁和城市地下燃气管网是现代城市赖以生存的生命线工程，随着城市集约化发展的影响，近年来地铁线路同燃气管网及其燃气中继站点(如燃气站)不可避免的出现重叠交叉。而燃气站是城市安全中需要重点控制的危险源点，一旦破坏致使燃气泄漏会造成严重的安全事故，后果不堪设想。

地铁长期运行的情况下给燃气站带来的振动影响可能会对燃气站的长期安全性带来一定的不利影响，造成燃气站内的管道及其设备法兰等薄弱位置存在燃气泄漏的风险，因此应该对燃气站的振动进行严格且有效的控制。常见的振动控制方式是针对燃气站基础进行隔振处理所建立的单级隔振系统。考虑到燃气站的极端重要性和振动敏感性，仅仅对燃气站基础进行单级隔振处理往往无法达到要求，无法实现对燃气站的振动进行严格且有效的控制。

因此现急需提供一种隔振系统，以实现对燃气站的振动进行严格且有效的控制。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种隔振系统。

本发明实施例提供的一种隔振系统，包括：

第一底垫、隔振基础和第二底垫；

目标隔振建筑设置在所述第一底垫上，所述第一底垫、所述隔振基础以及所述第二底垫由上至下依次设置在地基上；

所述第一底垫和所述第二底垫为柔性材料。

本发明实施例提供的一种隔振系统，通过设置第一底垫和第二底垫，在第一底垫和第二底垫之间设置隔振基础，实现对目标隔振建筑的二级隔振。由于第一底垫和第二底垫为柔性材料，可以使隔振基础在第一底垫和第二底垫之间上下往复振动或扭转，可以对地基产生的振动能量进行耗散，使目标隔振建筑感受到的振动能量大大降低，达到了减轻目标隔振建筑振动的效果。

附图说明

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例提供的一种隔振系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种隔振系统中目标隔振建筑和隔振系统整体的振动位移反应比与振动源的强振动频率与目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率之间的比值、目标隔振建筑和隔振系统整体的阻尼比之间的曲线关系示意图；

图3为本发明实施例提供的一种隔振系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明实施例提供了一种隔振系统，包括：第一底垫11、隔振基础12和第二底垫13。目标隔振建筑14设置在第一底垫11上，第一底垫11、隔振基础12以及第二底垫13由上至下依次设置在地基15上；第一底垫11和第二底垫13为柔性材料。

具体地，本发明实施例中提供的隔振系统，目的在于减小地基15的振动对目标隔振建筑14产生的影响。例如，轨道交通在目标隔振建筑14附近运行时会引起地基15的振动，进而会对目标隔振建筑14产生不良影响，降低目标隔离建筑14的使用安全性。

本发明实施例中在目标隔振建筑14和地基15之间由上到下依次设置有第一底垫11、隔振基础12和第二底垫13。即目标隔振建筑14设置在第一底垫11上，第二底垫13设置在地基15上，第一底垫11和第二底垫13之间设置有隔振基础12。第二底垫13实现一级隔振，第一底垫11实现二级隔振。由于第一底垫11和第二底垫13为柔性材料，当外界环境引起地基15产生振动后，隔振基础12会在第一底垫11和第二底垫13之间上下往复振动或扭转，对地基15产生的振动能量进行耗散，使目标隔振建筑感受到的振动能量大大降低。

而且，由于第一底垫11和第二底垫13为柔性材料，可以最大限度的降低目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，而使地基产生振动的振动源(例如：轨道交通地铁的运行)的强振动频率以高频为主，降低目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，可以最大限度的降低目标隔振建筑和隔振系统整体的振动响应，进而降低目标隔振建筑的振动响应。这是因为，目标隔振建筑和隔振系统整体的振动响应可以通过单自由度振子的动力放大效应(或振动传递率)来表示，具体可以用如下公式(1)表示：

其中，TR为目标隔振建筑和隔振系统整体的振动位移反应比，具体为相同力幅值作用下动力位移与静力位移的比值，振动位移反应比TR用于表征目标隔振建筑和隔振系统整体的振动响应。ω为振动源的强振动频率，ω_n为目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，β＝ω/ω_n为振动源的强振动频率与目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率之间的比值。ξ为目标隔振建筑和隔振系统整体的阻尼比。

TR与β、ξ之间的关系可以如图2所示，从图2中可以看出，随着β的增大，TR先增大后减小，当β大于2后TR低于0.5，且随着β的进一步增大，TR进一步减小。随着ξ的增大，TR也随之减小。因此，降低目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，可以使TR先增大后减小，在TR减小时可以保证目标隔振建筑和隔振系统整体的振动响应在减小。也就是说，可以通过降低目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，保证目标隔振建筑和隔振系统整体的振动响应减小，进而保证目标隔振建筑的振动响应减小。

本发明实施例中提供的隔振系统，通过设置第一底垫和第二底垫，在第一底垫和第二底垫之间设置隔振基础，实现对目标隔振建筑的二级隔振。由于第一底垫和第二底垫为柔性材料，可以使隔振基础在第一底垫和第二底垫之间上下往复振动或扭转，可以对地基产生的振动能量进行耗散，使目标隔振建筑感受到的振动能量大大降低，达到了减轻目标隔振建筑振动的效果。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隔振系统，还包括：侧垫；所述侧垫设置在所述目标隔振建筑处于地下的侧壁上；

所述侧垫为柔性材料。

具体地，如图3所示，本发明实施例中提供的隔振系统中侧垫16设置在目标隔振建筑14处于地下的侧壁上。侧垫16的另一侧与地下土体接触。为保证目标隔振建筑感受到的振动能量大大降低，进而保证目标隔振建筑的安全性，采用侧垫16进一步降低经第一底垫11、隔振基础12和第二底垫13隔振后剩余振动，使地基产生的振动能量被重复消耗，进一步达到减轻目标隔振建筑振动的效果。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隔振系统中，仅以隔振系统中包括第一底垫11、隔振基础12和第二底垫13为例进行说明。设目标隔振建筑14的质量为m₁，第一底垫11的阻尼系数为c₁，第一底垫11的弹性模量为k₁，隔振基础的质量为m₂，第二底垫13的阻尼系数为c₂，第二底垫13的弹性模量为k₂。地基15产生的振动的竖向振动时程为z₀，即输入至隔振系统的竖向振动时程，目标隔振建筑14的竖向振动时程为z₁，隔振基础的竖向振动时程为z₂。对本发明实施例中提供的隔振系统列出二阶动力学微分运动方程，并对二阶动力学微分运动方程进行Laplace分解后求解，可得到目标隔振建筑14的振动相对于地基15产生的振动传递函数可以表示为：

其中，G(s)为所述隔振系统的振动传递函数，s为拉普拉斯算子(即Laplace算子)，m₁为所述目标隔振建筑的质量，c₁为所述第一预设阻尼系数，k₁为所述第一预设弹性模量，m₂为所述隔振基础的质量，c₂为所述第二预设阻尼系数，k₂为所述第二预设弹性模量。

从公式(2)中可以看出，只要知道了隔振系统的物理参数m₁、c₁、k₁、m₂、c₂以及k₂，则可以通过公式(2)根据z₀求出目标隔振建筑14的响应z₁，从而可以通过振动传递函数G(s)获取隔振系统的减振效果，或者以此作为设计时的减振目标。振动传递函数G(s)的取值小于1，即说明本发明实施例中提供的隔振系统具有减振效果，G(s)取值越小说明本发明实施例中提供的隔振系统的减振效果越明显。

需要说明的是，对于包含侧垫的隔振系统，也可以得到隔振系统的振动传递函数只与m₁、c₁、k₁、m₂、c₂、k₂以及侧垫的弹性模量k₁和阻尼系数c₃有关。

因此，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隔振系统中，所述侧垫具有预设弹性模量和预设阻尼系数，预设弹性模量和预设阻尼系数的具体取值可以根据需要以及包含侧垫的隔振系统的振动传递函数G(s)确定。改变预设弹性模量和预设阻尼系数的取值可以实现对隔振系统减振效果的调节，为侧垫选取合适的弹性模量和阻尼系数，可以使本发明实施例中提供的隔振系统实现最优的减振效果。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隔振系统中，所述第一底垫具有第一预设弹性模量和第一预设阻尼系数，所述第二底垫具有第二预设弹性模量和第二预设阻尼系数。

具体地，第一预设弹性模量、第一预设阻尼系数、第二预设弹性模量和第二预设阻尼系数的具体取值可以根据需要以及公式(2)中提供的振动传递函数G(s)确定。改变第一预设弹性模量、第一预设阻尼系数、第二预设弹性模量和第二预设阻尼系数的取值可以实现对隔振系统减振效果的调节，为第一底垫选取合适的第一预设弹性模量、第一预设阻尼系数，为第二底垫选取合适的第二预设弹性模量、第二预设阻尼系数，也可以使本发明实施例中提供的隔振系统实现最优的减振效果。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隔振系统中，目标隔振建筑具体可以包括：目标燃气站和所述目标燃气站的整体基础。目标隔振建筑还可以是具有整体箱型基础的目标燃气站。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的隔振系统中，隔振基础具体为预设体积的筏板基础。

具体地，隔振系统的减振效果需要经过长期振动荷载的考验，现有设计参数如果发生变化，可能会对减振效果大打折扣，甚至会出现比采取措施前更加严重的后果，因此，隔振系统应能经受耐久性考验。对于处于长期振动荷载作用下的土工建筑结构而言，最大的耐久性考验来源于土体的长期固结效应，土体长期固结效应可能会带来基础的不均匀沉降，不均匀沉降会带来原有抑振措施的可靠性受到影响。

因此，本发明实施例中采用的隔振基础为预设体积的筏板基础，本发明实施例中预设体积在可选范围内的选取越大越好，可以有效抵抗由于后期土体固结或长期微振动所导致的目标隔振建筑的差异沉降，有利于提高隔振系统的抑振稳定性。

这是因为，如公式(3)为单自由度振子的自振频率的计算公式，公式(3)中可以看出：增加单自由度振子的参振质量，可以降低单自由度振子的自振频率。因此对于目标隔振建筑和隔振系统整体而言，由于大体积筏板基础可以有效增加目标隔振建筑和隔振系统整体的参振质量，有利于降低目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，通过远离振动源的卓越频率而使目标隔振建筑远离共振区，保证目标隔振建筑和隔振系统整体的振动响应减小，进而保证目标隔振建筑的振动响应减小。

其中，ω_n为目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，k为目标隔振建筑和隔振系统整体的刚度，m为目标隔振建筑和隔振系统整体的参振质量。

由公式(3)可知，还可通过减小目标隔振建筑和隔振系统整体的刚度，降低目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率。

综上所述，本发明实施例中提供的隔振系统，通过在目标隔振建筑周围设置侧垫、第一底垫、隔振基础和第二底垫，可有效的增加目标隔振建筑和隔振系统整体的参振质量，并可有效的降低目标隔振建筑和隔振系统整体的自振频率，从而减小目标隔振建筑和隔振系统整体的振动响应，进而保证目标隔振建筑的振动响应减小。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种隔振系统，其特征在于，包括：

第一底垫、隔振基础和第二底垫；

目标隔振建筑设置在所述第一底垫上，所述第一底垫、所述隔振基础以及所述第二底垫由上至下依次设置在地基上；

所述第一底垫和所述第二底垫为柔性材料。

2.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征在于，还包括：侧垫；

所述侧垫设置在所述目标隔振建筑处于地下的侧壁上；

所述侧垫为柔性材料。

3.根据权利要求2所述的隔振系统，其特征在于，所述侧垫具有预设弹性模量和预设阻尼系数。

4.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征在于，所述第一底垫具有第一预设弹性模量和第一预设阻尼系数，所述第二底垫具有第二预设弹性模量和第二预设阻尼系数。

5.根据权利要求1所述的隔振系统，其特征在于，所述隔振系统的振动传递函数可通过如下公式确定：

其中，G(s)为所述隔振系统的振动传递函数，s为拉普拉斯算子，m₁为所述目标隔振建筑的质量，c₁为所述第一底垫的预设阻尼系数，k₁为所述第一底垫的弹性模量，m₂为所述隔振基础的质量，c₂为所述第二底垫的阻尼系数，k₂为所述第二底垫的弹性模量。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的隔振系统，其特征在于，所述目标隔振建筑具体包括：目标燃气站和所述目标燃气站的整体基础。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的隔振系统，其特征在于，所述目标隔振建筑具体包括：具有整体箱型基础的目标燃气站。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的隔振系统，其特征在于，所述隔振基础具体为预设体积的筏板基础。