CN110670639B - 一种预制装配式隔振耗能屏障 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预制装配式隔振耗能屏障，包括至少一个的隔振耗能墙体，所述的隔振耗能墙体的内部均设置有隔振耗能箱与2组的悬浮碰撞式耗能器，所述的隔振耗能箱位于所述的悬浮碰撞式耗能器之间；所述的悬浮碰撞式耗能器包括若干的悬浮碰撞式耗能单元，所述的悬浮碰撞式耗能单元之间相互连接；所述的悬浮碰撞式耗能单元包括上部弹簧、悬浮碰撞块、下部弹簧、碰撞吸能层，所述的悬浮碰撞块位于所述的上部弹簧与下部弹簧之间，所述的上部弹簧位于所述的下部弹簧的上方。本发明所述的预制装配式隔振耗能屏障，不仅能够在传播路径上阻碍振动波的传播，而且还能将传播的振动能量进行消耗，以此达到隔振减振的目的。

Description

一种预制装配式隔振耗能屏障

技术领域

本发明属于隔振减振工程领域，尤其是涉及一种预制装配式隔振耗能屏障。

背景技术

随着城市化的深入发展，轨道交通、施工机械及工厂的机械振动等人类活动生产引起的环境振动会对附近居民的生活和工作、精密仪器设备和古建筑结构安全产生不良的影响。解决上述环境振动问题日益受到国内外众多专家学者的重视，纷纷采用各种有效隔振减振措施。

设置隔振屏障是解决上述环境振动的有效方法之一。隔振屏障的类型有很多：根据隔振屏障与振源的位置可以分为主动隔振和被动隔振两种；根据屏障的类型可以分为连续隔振屏障和非连续隔振。连续隔振屏障有隔振沟槽、填充沟槽(填充物有碎石、砂、橡胶颗粒，泡沫和锯屑等)和混凝土地下连续墙等；非连续隔振混凝土实心桩，空心桩，异性桩等，也可分为单排桩，多排桩和周期性隔振屏障等。上述隔振屏障是利用改变振动波的传播路径，并依靠自身和屏障周围的土体进行能量的消耗，有时难以达到预期的隔振减振效果，或者是隔振屏障本身存埋置深度不足、开挖及施工存在困难等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种预制装配式隔振耗能屏障，不仅能够在传播路径上阻碍振动波的传播，而且还能将传播的振动能量进行消耗，以此达到隔振减振的目的；并结合传统隔振屏障的优点，将耗能引入隔振屏障中，该屏障可以有效减小环境振动造成的不利影响，在传播路径上隔振减振。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种预制装配式隔振耗能屏障，包括至少一个的隔振耗能墙体，所述的隔振耗能墙体的内部均设置有隔振耗能箱与2组的悬浮碰撞式耗能器，所述的隔振耗能箱位于所述的悬浮碰撞式耗能器之间；

所述的悬浮碰撞式耗能器包括若干的悬浮碰撞式耗能单元，所述的悬浮碰撞式耗能单元之间相互连接；

所述的悬浮碰撞式耗能单元包括上部弹簧、悬浮碰撞块、下部弹簧、碰撞吸能层，所述的悬浮碰撞块位于所述的上部弹簧与下部弹簧之间，所述的上部弹簧位于所述的下部弹簧的上方，所述的上部弹簧的顶端与所述的悬浮碰撞式耗能单元相连，底端与所述的悬浮碰撞块相连，所述的下部弹簧的顶端与所述的悬浮碰撞块相连，底部与所述的悬浮碰撞式耗能单元相连。

进一步，所述的悬浮碰撞式耗能单元的内侧壁上设置有碰撞吸能层，所述的悬浮碰撞式耗能单元内设有悬浮液。

进一步，所述的隔振耗能箱包括若干的隔振耗能单元，所述的隔振耗能单元之间相互连接。

进一步，所述的隔振耗能单元设置有若干的波浪形耗能板与若干的竖向耗能板，所述的波浪形耗能板自下而上设置，所述的竖向耗能板位于所述的波浪形耗能板的外侧，所述的竖向耗能板与所述的波浪形耗能板相互垂直。

进一步，所述的隔振耗能单元的内侧还设有耗能液；所述的耗能液的深度高于自下而上的第二层波浪形耗能板的高度，且低于位于最上方的波浪形耗能板的高度；所述的耗能液为水或氯化钠溶液中的一种；所述的氯化钠溶液的浓度为5-20％。悬浮液的高度为1/3h-1/2h(h为悬浮碰撞式耗能器单元的高度)。耗能液为氯化钠溶液时，耗能球需做防腐处理。

进一步，所述的波浪形耗能板的上下两侧均设置有若干的耗能球；所述的耗能球为空心的金属球、刚性塑料球或橡胶弹性球中的至少一种。

进一步，所述的竖向耗能板上设置有若干的耗能通孔，所述的耗能通孔包括2个外侧孔、内侧孔，所述的外侧孔位于竖向耗能板的外侧，所述的内侧孔位于所述的竖向耗能板的内侧，所述的外侧孔与内侧孔相连通；所述的外侧孔的孔径大于所述的内侧孔的孔径。

进一步，所述的预制装配式隔振耗能屏障还包括墙体底座、墙体顶板，所述的墙体底座与墙体顶板的数量相同，所述的墙体底座与隔振耗能墙体的数量相同，所述的墙体底座位于所述的隔振耗能墙体的下方，所述的墙体顶板位于所述的隔振耗能墙体的上方。

进一步，所述的隔振耗能墙体的一侧的侧壁上设置有若干的墙侧凸口，另一侧的侧壁上设置有与墙侧凸口相配合的墙侧凹槽，所述的隔振耗能墙体的底部设置有若干的墙体固定凸口，所述的墙体底座上设置有与墙体固定凸口相配合的墙体固定凹槽。

进一步，所述的墙体底座的底部设置有若干的板桩单元，所述的板桩单元包括板桩件、板桩接头、连接板，所述的板桩接头的顶部与所述的墙体底座相连，底部与所述的连接板相连，所述的板桩件的顶部与所述的连接板相连。

相对于现有技术，本发明所述的预制装配式隔振耗能屏障及其施工方法具有以下优势：

(1)本发明所述的预制装配式隔振耗能屏障在传播路径上阻碍振动波的传播，有效的将振波能量进行消耗，将能量转化为机械能和热能，从而有效降低隔振屏蔽区域的振动，以期达到预期的隔振效果。

(2)本发明所述的预制装配式隔振耗能屏障利用预制装配式隔振耗能结构，实现地下隔振屏障的快速施工节省时间，提高效率；该屏障既保证隔振效果又影响地表的绿化或道路的硬化的要求，实现了“以人为本”的环境友好型新型隔振屏障。

(3)本发明所述的预制装配式隔振耗能屏障可以根据隔振效果的要求，设置单层屏障、双层屏障或多层隔振屏障(大于1倍表面波波长)，也可以设置为单道屏障，双道或者多道隔振耗能屏障，可以设置在近振源一侧，也可设置在被保护对象一侧，也可将多道屏障分散布置，可根据需要可以灵活选择。

(4)本发明所述的预制装配式隔振耗能屏障利用振动波在遇到隔振屏障后一部分发生反射，另一部分被隔振耗能屏障消耗吸收，有效减少振动波的绕射和透射，从而达到隔振减振目的，提高隔振效果。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的预制装配式隔振耗能屏障的示意图；

图2为本发明实施例所述的A-A面的示意图；

图3为本发明实施例所述的B-B面的示意图；

图4为本发明实施例所述的悬浮碰撞式耗能单元的示意图；

图5为本发明实施例所述的隔振耗能单元的示意图；

图6为本发明实施例所述的波浪形耗能板的示意图；

图7为本发明实施例所述的竖向耗能板的示意图；

图8为本发明实施例所述的耗能通孔的示意图；

图9为本发明实施例所述的板桩单元的示意图：9-A为包括侧板桩的板桩单元，9-B为包括中间板桩的板桩单元，9-C为侧板桩，9-D为中间板桩；

图10为本发明实施例所述的墙体顶板的示意图；

图11为本发明实施例所述的墙体底座与隔振耗能墙体的示意图；

图12为本发明实施例所述的隔振耗能墙体水平连接的示意图；

图13为本发明实施例所述的隔振耗能墙体竖向连接的示意图；

图14为本发明实施例所述的单道隔振耗能墙体的示意图；

图15为本发明实施例所述的双道隔振耗能墙体的示意图；

图16为本发明实施例所述的双层隔振耗能墙体的示意图。

附图标记说明：

1-隔振耗能墙体；2-墙体底座；3-板桩单元；4-墙体固定凹槽；5-墙体固定凸口；6-墙侧凸口；7-墙侧凹槽；8-墙体顶板；9-墙体螺栓；10-螺栓孔；11-墙体固定螺栓；12-墙体固定螺栓孔；13-悬浮碰撞式耗能器；130-悬浮碰撞式耗能单元；131-上部弹簧；132-悬浮碰撞块；133-下部弹簧；134-悬浮液；135-碰撞吸能层；136-连接口；14-隔振耗能箱；140-隔振耗能单元；141-波浪形耗能板；142-耗能液；143-耗能球；144-竖向耗能板；145-耗能通孔；146-外侧孔；147-内侧孔；31-中间板桩；32-侧板桩；33-板桩接头；34-连接板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-16所示，一种预制装配式隔振耗能屏障，包括1个隔振耗能墙体1，所述的隔振耗能墙体1的内部均设置有长方体形状的隔振耗能箱14与2组的悬浮碰撞式耗能器13，所述的隔振耗能箱14位于所述的悬浮碰撞式耗能器13之间，隔振耗能墙体1主要在传播路径上阻断振动能量的传播，并且隔振耗能墙体1对部分振动能量起到反射的作用，而悬浮碰撞式耗能器13和隔振耗能箱14主要作用为阻碍并消耗振动能量；

所述的悬浮碰撞式耗能器13包括若干的悬浮碰撞式耗能单元130，所述的悬浮碰撞式耗能单元130之间相互连接；

所述的悬浮碰撞式耗能单元130包括上部弹簧131、悬浮碰撞块132、下部弹簧133、碰撞吸能层135，所述的悬浮碰撞块132位于所述的上部弹簧131与下部弹簧133之间，所述的上部弹簧131位于所述的下部弹簧133的上方，所述的上部弹簧131的顶端与所述的悬浮碰撞式耗能单元130进行铰性连接，底端与所述的悬浮碰撞块132进行铰性连接，所述的下部弹簧133的顶端与所述的悬浮碰撞块132进行铰性连接，底部与所述的悬浮碰撞式耗能单元130进行铰性连接。悬浮碰撞块132是中空的金属球，它的外形呈高度较小的圆柱体。悬浮碰撞块132受上部弹簧131、下部弹簧133及悬浮液134共同作用。此时，在无外接干扰下上部弹簧131、下部弹簧133呈自然状态即不受力。上部弹簧131、下部弹簧133均采用密封接口与悬浮碰撞块132焊接牢固，另一方面，上部弹簧131、下部弹簧133与悬浮碰撞式耗能单元130是通过连接口136进行连接的，该连接口136属于铰接，允许上部弹簧131、下部弹簧133产生一定的转动。

悬浮碰撞式耗能单元130紧贴隔振耗能墙体1的深度和长度方向均匀布置，并且隔振耗能墙体1的深度和长度与碰撞式隔振耗能单元140对应边长成比例(m＝30,n＝20)。因此隔振耗能墙体1内侧一道悬浮碰撞器由m×n个悬浮碰撞式耗能单元130组成。在两道碰撞式耗能器之间并沿隔振耗能墙体1的深度方向设置有15个隔振耗能箱14，隔振耗能箱14的连接固定方式同碰撞式耗能器相同。

所述的悬浮碰撞式耗能单元130的内侧壁上设置有碰撞吸能层135，所述的悬浮碰撞式耗能单元130内设有悬浮液134。悬浮液134的高度为1/3h-1/2h(h为悬浮碰撞式耗能器13单元的高度)。悬浮碰撞块132的平均密度等于悬浮液134的密度。碰撞吸能层135是由陶瓷板等硬性材料包裹的橡胶材料组合而成的复合材料，它们之间厚度的比例为1:1.8。

所述的隔振耗能箱14包括若干的隔振耗能单元140，所述的隔振耗能单元140之间相互连接。

所述的隔振耗能单元140设置有3层波浪形耗能板141与4个竖向耗能板144，所述的波浪形耗能板141自下而上设置，所述的竖向耗能板144位于所述的波浪形耗能板141的外侧，所述的竖向耗能板144与所述的波浪形耗能板141相互垂直。

所述的隔振耗能单元140的内侧还设有耗能液142；所述的耗能液142的深度高于自下而上的第二层波浪形耗能板141的高度，且低于位于最上方的波浪形耗能板141的高度；所述的耗能液142为水。悬浮碰撞块132不仅受上部弹簧131和下部弹簧133两种弹簧弹力的共同作用，同时，还收到悬浮液134体的浮力作用。当悬浮碰撞式耗能器13单元受到振动时，悬浮碰撞块132在上部弹簧131、下部弹簧133和悬浮液134体共同作用下，而进行晃动。当这一晃动达到一定程度后，悬浮碰撞块132就会与碰撞吸能层135放生碰撞。

所述的波浪形耗能板141的上下两侧均设置有若干的耗能球143；所述的耗能球143为空心的金属球、刚性塑料球或橡胶弹性球中的至少一种。耗能球143在耗能液142中可以悬浮。波浪形耗能板141以梅花形排布有通孔。

所述的竖向耗能板144上设置有若干的耗能通孔145，所述的耗能通孔145包括2个外侧孔146、内侧孔147，所述的外侧孔146位于竖向耗能板144的外侧，所述的内侧孔147位于所述的竖向耗能板144的内侧，所述的外侧孔146与内侧孔147相连通；所述的外侧孔146的孔径大于所述的内侧孔147的孔径。液体在振动情况下会产生波纹和流动，外侧孔146的孔径大于所述的内侧孔147的孔径，波纹或液流经过耗能通孔145时，会改变波纹形状或液体流速，利用液体自身耗能。

所述的预制装配式隔振耗能屏障还包括墙体底座2、墙体顶板8，所述的墙体底座2与墙体顶板8的数量相同，所述的墙体底座2与隔振耗能墙体1的数量相同，所述的墙体底座2位于所述的隔振耗能墙体1的下方，所述的墙体顶板8位于所述的隔振耗能墙体1的上方。墙体顶板8根据需要可以作为地表绿化，道路等一部分。隔振耗能墙体1和墙体顶板8的对应位置均设有螺栓孔10，通过顶板螺栓将它们固定连接。隔振耗能墙体1上下端均设有螺栓孔10和墙体固定栓孔组成，并通过墙体固定螺栓11将它们进行加固连接。隔振耗能墙体1与墙体底座2同理，也是通过上述方式进行连接。墙体底座2位于开挖沟槽的最下面，其目的是为了使板桩深入开挖沟槽底部，增加整个隔振耗能屏障的整体性，另外，还能够减小振动波低端绕射并将这一部分能量传递给上端的隔振耗能墙体1。

隔振耗能墙体1、墙体底座2、墙体顶板8及其它材料均是由高强度、刚度和低塑性材料加工而成。并且充分满足开挖沟槽的土侧压力、施工荷载和安装完成后所承受外界荷载等。

所述的隔振耗能墙体1的一侧的侧壁上设置有若干的墙侧凸口6，另一侧的侧壁上设置有与墙侧凸口6相配合的墙侧凹槽7，所述的隔振耗能墙体1的底部设置有若干的墙体固定凸口5，所述的墙体底座2上设置有与墙体固定凸口5相配合的墙体固定凹槽4。隔振耗能墙体1纵向通过墙侧凸口6与墙侧凹槽7进行组合安装固定，从而形成水平向隔振屏障。墙体固定凹槽4是由两道矩形的凹槽构成，墙体固定凸口5是由位于隔振耗能墙体1低面突出来的两道矩形凸起所组成。

在竖直方向上，隔振耗能墙体1上端设置有隔振耗能凹槽，在下端设置有墙体固定。隔振耗能墙体1与墙体之间首先是通过固定凸口与固定凹槽进行定位连接的，其次为了加强上下层隔振耗能墙体1之间的整体性，采用在两个隔振耗能墙体1接触面上下端设置墙体固定螺栓孔12，再利用墙体固定螺栓11将他们固定在一起。墙体底座2同样设置有固定凹槽和墙体固定螺栓孔11，利用墙体固定凸口5和墙体固定螺栓11将它们牢固的固定在一起，形成一个在整体。振耗能墙体两侧分别设置有两道墙侧凸口6和墙侧凹槽7，其目的是在水平方向(纵向)上引导与固定相邻隔振耗能墙体1。

所述的墙体底座2的底部设置有若干的板桩单元3，所述的板桩单元3包括板桩件、板桩接头33、连接板34，所述的板桩接头33的顶部与所述的墙体底座2相连，底部与所述的连接板34相连，所述的板桩件的顶部与所述的连接板34相连。根据板桩单元3的位置，板桩件分为中间板桩31和侧板桩32。

所述的预制装配式隔振耗能屏障的具体施工方法如下：

(1)隔振耗能墙体1、墙体底座2、板桩单元3和墙体顶板8等按照所需隔振耗能规格及其尺寸大小均已在工厂预制完成，根据减振的需要合理设置隔振耗能屏障的位置、长度及其深度，并且根据隔振耗能墙体1的宽度确定开挖沟槽的宽度；

(2)将预制工厂加工完成的预制构件运输至施工现场进行安装，地表土体开挖至隔振沟槽的埋置深度；

(3)墙体底座2位于隔振耗能墙体1的底部，将板桩单元3与墙体底座2连接牢固，墙体底座2起定位引导作用，板桩单元3具有足够的强度、长度和宽度，以增强本装置的牢固程度，并且板桩单元3可以部分阻碍振动能量，同时，将该能量传递给上部的隔振耗能墙体1；

(4)在竖直方向上，隔振耗能墙体1与墙体底座2或隔振耗能墙体1通过固定凸口和固定凹槽进行竖向连接，并且为了增加竖向连接的整体性，上述结构之间均采用墙体固定螺栓11对他们进行加强连接；

(5)在水平方向上，相邻隔振耗能墙体1之间通过墙侧凸口6和墙侧凹槽7相互组合搭接；

(6)利用吊车将上述安装好的隔振屏障调入隔振沟槽内置开挖沟槽底部，另外如果沟槽开挖深度大于隔振耗能墙体1的高度，可以分部安装完成；

(7)隔振屏障吊装完成后，在屏障与土层之间的空隙，回填细砂并夯实；

(8)进行墙体顶板8的安装，利用顶板螺栓与隔振耗能墙体1连接；

(9)最后，将开挖的原状土回填、整平场地，或者预制结构埋深较浅时，该屏障可以作为硬化或绿化的一部分，从而完成本发明的施工工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：包括至少一个的隔振耗能墙体，所述的隔振耗能墙体的内部均设置有隔振耗能箱与2组的悬浮碰撞式耗能器，所述的隔振耗能箱位于所述的悬浮碰撞式耗能器之间；

所述的悬浮碰撞式耗能器包括若干的悬浮碰撞式耗能单元，所述的悬浮碰撞式耗能单元之间相互连接；

所述的悬浮碰撞式耗能单元包括上部弹簧、悬浮碰撞块、下部弹簧、碰撞吸能层，所述的悬浮碰撞块位于所述的上部弹簧与下部弹簧之间，所述的上部弹簧位于所述的下部弹簧的上方，所述的上部弹簧的顶端与所述的悬浮碰撞式耗能单元相连，底端与所述的悬浮碰撞块相连，所述的下部弹簧的顶端与所述的悬浮碰撞块相连，底部与所述的悬浮碰撞式耗能单元相连；

所述的悬浮碰撞式耗能单元的内侧壁上设置有碰撞吸能层，所述的悬浮碰撞式耗能单元内设有悬浮液。

2.根据权利要求1所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的隔振耗能箱包括若干的隔振耗能单元，所述的隔振耗能单元之间相互连接。

3.根据权利要求2所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的隔振耗能单元设置有若干的波浪形耗能板与若干的竖向耗能板，所述的波浪形耗能板自下而上设置，所述的竖向耗能板位于所述的波浪形耗能板的外侧，所述的竖向耗能板与所述的波浪形耗能板相互垂直。

4.根据权利要求3所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的隔振耗能单元的内侧还设有耗能液；所述的耗能液的深度高于自下而上的第二层波浪形耗能板的高度，且低于位于最上方的波浪形耗能板的高度；所述的耗能液为水或氯化钠溶液中的一种；所述的氯化钠溶液的浓度为5-20％。

5.根据权利要求3所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的波浪形耗能板的上下两侧均设置有若干的耗能球；所述的耗能球为空心的金属球、刚性塑料球或橡胶弹性球中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的竖向耗能板上设置有若干的耗能通孔，所述的耗能通孔包括2个外侧孔、内侧孔，所述的外侧孔位于竖向耗能板的外侧，所述的内侧孔位于所述的竖向耗能板的内侧，所述的外侧孔与内侧孔相连通；所述的外侧孔的孔径大于所述的内侧孔的孔径。

7.根据权利要求1所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的预制装配式隔振耗能屏障还包括墙体底座、墙体顶板，所述的墙体底座与墙体顶板的数量相同，所述的墙体底座与隔振耗能墙体的数量相同，所述的墙体底座位于所述的隔振耗能墙体的下方，所述的墙体顶板位于所述的隔振耗能墙体的上方。

8.根据权利要求7所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的隔振耗能墙体的一侧的侧壁上设置有若干的墙侧凸口，另一侧的侧壁上设置有与墙侧凸口相配合的墙侧凹槽，所述的隔振耗能墙体的底部设置有若干的墙体固定凸口，所述的墙体底座上设置有与墙体固定凸口相配合的墙体固定凹槽。

9.根据权利要求7所述的预制装配式隔振耗能屏障，其特征在于：所述的墙体底座的底部设置有若干的板桩单元，所述的板桩单元包括板桩件、板桩接头、连接板，所述的板桩接头的顶部与所述的墙体底座相连，底部与所述的连接板相连，所述的板桩件的顶部与所述的连接板相连。

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