CN112813741A - 轨道交通用三维隔振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及振动及噪声控制技术领域，公开了一种轨道交通用三维隔振装置，包括自上而下依次设置的上连接板、竖向隔振单元、中作板、水平隔振单元和下连接板；其中，所述竖向隔振单元包括箱体和在箱体内自上而下依次固定连接的第一橡胶层、间隔板和第二橡胶层，所述箱体的一端开口，所述上连接板盖合固定在所述开口上，所述第一橡胶层和所述第二橡胶层上均固定设置有多个隔振弹簧，且多个隔振弹簧在所述第一橡胶层或所述第二橡胶层上同轴设置。本发明能够有效减少轨道交通诱发的微振动，有效解决轨道交通上盖结构的振动噪音问题，并能够对多种类型的振源，以及水平和竖向多维度振动输入具有良好的隔振效果。
Description
技术领域
本发明涉及振动及噪声控制技术领域，特别是涉及一种轨道交通用三维隔振装置。
背景技术
地震是一种复杂的三维空间运动，包含水平方向(X、Y方向)和竖直方向(Z方向)的运动，传统对隔震技术的研究主要考虑水平方向的减震效果，认为震害主要由水平向地震作用造成，竖向地震加速度仅相当于水平向加速度的0.65。但大量地震记录显示，地震作用竖直方向的分量对建筑物的破坏作用是不能忽视的，尤其在高烈区和震中区域，竖向地震分量极为明显，另一方面，轨道交通的发展引起的环境振动，给人们的工作和生活带来的影响，也需要对隔离竖向振动采取措施。因此，三维隔振装置的研究应运而生。
目前，普通的三维隔振装置包括水平支座和竖向支座，其中，水平支座为橡胶隔震支座、厚肉橡胶隔震支座、摩擦摆隔震支座等，竖向支座为碟形弹簧、螺旋弹簧、油阻尼器等竖向一种或多种组合的减振装置。
与普通三维隔振装置不同的是，轨道交通上盖结构需要面对地铁诱发的长期、多次的竖向微小振动，且轨道交通上盖一般微高层甚至超高层结构，支座承受的拉压应力均较大。所以用于轨道交通上盖结构三维隔振装置最主要的特点如下：能够承受长期多次的地铁诱发的竖向微振动，具有较好的支座竖向疲劳性能；能够有效减小地铁诱发的振动频率范围广、振动微小的竖向加速度，具有较好的竖向微振动减振性能；能够承受上盖结构传递的较大压应力，竖向承压能力满足要求。但是，目前的三维隔振装置难以有效减少地铁诱发传递给上盖结构的振动和噪音，使得地铁上盖超高层结构难以满足对振动和噪音的规范要求。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种轨道交通用三维隔振装置，以解决现有三维隔振装置难以有效减少地铁诱发传递给上盖结构的振动和噪音的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述轨道交通用三维隔振装置，包括：自上而下依次设置的上连接板、竖向隔振单元、中作板、水平隔振单元和下连接板，其中，所述竖向隔振单元包括箱体和在箱体内自上而下依次固定连接的第一橡胶层、间隔板和第二橡胶层，所述箱体的一端开口，所述上连接板盖合固定在所述开口上，所述第一橡胶层和所述第二橡胶层上均固定设置有多个隔振弹簧，且多个隔振弹簧在所述第一橡胶层或所述第二橡胶层上同轴设置。
优选地，所述中作板包括底板和支撑柱，所述支撑柱的一端设置在所述底板的上表面，所述支撑柱的另一端穿过所述箱体的底部和所述第二橡胶层插入所述间隔板中，所述底板的上表面与所述箱体的底部具有间隙。
优选地，所述支撑柱的中心轴线与所述隔振弹簧的中心轴线位于同一直线上。
优选地，所述隔振弹簧与所述第一橡胶层或所述第二橡胶层硫化设置为一体。
优选地，所述第一橡胶层与所述上连接板、所述间隔板均硫化粘接；所述第二橡胶层与所述间隔板、所述箱体的底部均硫化粘接。
优选地，所述中作板的下表面与所述水平隔振单元硫化粘接。
优选地，所述第一橡胶层的直径、所述第二橡胶层的直径均小于所述箱体的内径，所述间隔板的直径与所述箱体的内径相等。
优选地，所述间隔板的上表面和所述箱体的底部均同轴设置有多个第一圆环状凸起，每个所述第一圆环状凸起均与一个隔振弹簧相对应，且所述第一圆环状凸起的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，所述第一橡胶层的下表面和所述第二橡胶层的下表面均设置有多个与所述第一圆环状凸起相匹配的第一凹槽，所述第一圆环状凸起插入所述第一凹槽中。
优选地，所述上连接板的下表面和所述间隔板的下表面均同轴设置有多个第二圆环状凸起，每个所述第二圆环状凸起均与一个隔振弹簧相对应，且所述第二圆环状凸起的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，所述第一橡胶层的上表面和所述第二橡胶层的上表面均设置有多个与所述第二圆环状凸起相匹配的第二凹槽，所述第二圆环状凸起插入所述第二凹槽中。
优选地，所述第一橡胶层上设置有第一隔振弹簧和第二隔振弹簧，所述第二橡胶层上设置有第三隔振弹簧和第四隔振弹簧，所述第一隔振弹簧的直径与所述第三隔振弹簧的直径相等，所述第二隔振弹簧的直径与所述第四隔振弹簧的直径相等，且所述第一隔振弹簧的直径小于所述第二隔振弹簧的直径。
本发明实施例一种轨道交通用三维隔振装置与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例的轨道交通用三维隔振装置中竖向隔振单元利用固定设置的橡胶层和隔振弹簧能够有效减少轨道交通诱发的微振动，提高减振效果，有效解决轨道交通上盖结构的振动噪音问题；本发明通过中作板串联竖向隔振单元和水平隔振单元，实现三维隔振装置在水平方向与竖直方向的运动解耦，从而实现竖向减振和水平隔振的功能分区，满足不同方向隔振减振功能需求，能够对多种类型的振源，以及水平和竖向多维度振动输入具有良好的隔振效果。
附图说明
图1是本发明实施例所述轨道交通用三维隔振装置的立体外观图；
图2是本发明实施例所述轨道交通用三维隔振装置的剖面图；
图3是本发明实施例所述轨道交通用三维隔振装置的立体装配图；
图4是本发明实施例中箱体的结构示意图；
图5是本发明实施例中间隔板的结构示意图；
图中，10、上连接板；20、竖向隔振单元；30、中作板；40、水平隔振单元；50、下连接板；60、上支墩；70、下支墩；
21、箱体；211、第一通孔；22、第一橡胶层；221、第一隔振弹簧；222、第二隔振弹簧；23、第二橡胶层；231、第三隔振弹簧；232、第四隔振弹簧；233、第二通孔；24、间隔板；241、第一圆环状凸起；
31、底板；32、支撑柱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明所述轨道交通用三维隔振装置用于轨道交通上盖结构的隔振减振，设置在上支墩60和下支墩70之间，其中，上支墩60指的是轨道交通上盖结构的支墩，下支墩70指的是轨道交通的支墩。
如图1－图3所示，本发明优选实施例的一种轨道交通用三维隔振装置，包括自上而下依次设置的上连接板10、竖向隔振单元20、中作板30、水平隔振单元40和下连接板50，其中，上连接板10与上支墩60连接，可通过螺栓连接；下连接板50与下支墩70连接，可通过螺栓连接；竖向隔振单元20用于竖向隔振，水平隔振单元40用于水平隔振，中作板30设置在竖向隔振单元20和水平隔振单元40之间，实现水平方向与竖直方向的运动解耦，从而实现竖向减振和水平隔振的功能分区。本实施例中，上连接板10和下连接板50均为方形；在其他实施例中，上连接板10和下连接板50还可以为其他形状，例如矩形或圆形等。
优选地，所述竖向隔振单元20包括箱体21、第一橡胶层22、第二橡胶层23和间隔板24，所述箱体21的一端开口，且所述上连接板10盖合固定在所述开口上，盖合处可通过螺栓连接；所述第一橡胶层22、所述间隔板24和所述第二橡胶层23在所述箱体21内自上而下依次固定连接，第一橡胶层22与第二橡胶层23间隔设置，通过所述间隔板24分隔，优选地，所述第一橡胶层22与所述上连接板10、所述间隔板24均硫化粘接；所述第二橡胶层23与所述间隔板24、所述箱体21的底部均硫化粘接；所述第一橡胶层22和所述第二橡胶层23上均固定设置有多个隔振弹簧，多个隔振弹簧在所述第一橡胶层22或所述第二橡胶层23上同轴设置，使得减振弹簧的疲劳性能好，能长期有效减振，提升减振效果。优选地，所述隔振弹簧与所述第一橡胶层22或所述第二橡胶层23硫化设置为一体。其中，硫化设置具体指的是在第一橡胶层22和第二橡胶层23中分别添加硫化剂，使得第一橡胶层22、第二橡胶层23分别与多个同轴设置的隔振弹簧硫化粘接为一体；隔振弹簧可以是螺旋弹簧。
本发明中，竖向隔振单元20通过将橡胶层和隔振弹簧固定设置，满足竖向承压要求，且能够有效减少轨道交通诱发的微振动，提高减振效果，有效解决轨道交通上盖结构的振动噪音问题；本发明通过中作板30串联竖向隔振单元20和水平隔振单元40，实现三维隔振装置在水平方向与竖直方向的运动解耦，从而实现竖向减振和水平隔振的功能分区，满足不同方向隔振减振功能需求。
如图3所示，所述中作板30包括底板31和支撑柱32，所述支撑柱32的一端设置在所述底板31的上表面，所述支撑柱32的另一端穿过所述箱体21的底部和所述第二橡胶层23插入所述间隔板24中，以有效地保证竖向隔振单元20和水平隔振单元40的连接，进而保证三维隔振装置的整体性；相应地，所述箱体21的底部设置有供支撑柱32的端部穿过的第一通孔211，所述第二橡胶层23设置有供支撑柱32的端部穿过的第二通孔233，且第一通孔211和第二通孔233的孔径均与支撑柱32的直径相等；间隔板24的下表面设置有供支撑柱32的端部插入的凹槽，支撑柱32插入凹槽中而不贯穿间隔板24，使得可以利用支撑柱32支撑间隔板24。所述底板31具有一定厚度，所述底板31的上表面与所述箱体21的底部具有间隙，以供竖向隔振单元20发生垂直向位移，竖向隔振单元20可以以支撑柱32为轴发生相对运动。优选地，所述底板31的下表面与所述水平隔振单元40硫化粘接。
进一步地，支撑柱32与底板31垂直设置，且支撑柱32与底板31的中心轴线同轴设置；优选地，所述支撑柱32的中心轴线与所述隔振弹簧的中心轴线、间隔板24的中心轴线均位于同一直线上，以利用支撑柱32支撑间隔板24，从而支撑竖向隔振单元20。
可选地，本实施例中，底板31的外边缘形状为圆形，支撑柱32为圆柱体。在其他实施例中，底板31的外边缘形状还可以是其他形状，例如方形等，支撑柱32也可以为方柱或椭圆柱等。进一步地，可选地，底板31和支撑柱32均采用钢材制作而成，底板31和支撑柱32可以是独立的两个部件，也可以一体成型制作而成。
优选地，所述第一橡胶层22的直径、所述第二橡胶层23的直径均小于所述箱体21的内径，以使得第一橡胶层22和第二橡胶层23承受竖向压力时，可以发生横向变形；进一步地，优选地，所述间隔板24的直径与所述箱体21的内径相等。
如图5所示，所述间隔板24的上表面同轴设置有多个第一圆环状凸起241，每个所述第一圆环状凸起241均与一个隔振弹簧相对应，第一圆环状凸起241设置在相对应的隔振弹簧的内周侧，且所述第一圆环状凸起241的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，以利用第一圆环状凸起241固定相对应的隔振弹簧的底部，相对应地，所述第一橡胶层22的下表面设置有多个与所述间隔板24的所述第一圆环状凸起241相匹配的第一凹槽，所述间隔板24的所述第一圆环状凸起241分别插入对应的所述第一凹槽中。
所述间隔板24的下表面同轴设置有多个第二圆环状凸起，每个所述第二圆环状凸起均与一个隔振弹簧相对应，第二圆环状凸起设置在相对应的隔振弹簧的内周侧，且所述第二圆环状凸起的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，以利用第二圆环状凸起固定相对应的隔振弹簧的顶部，相对应地，所述第二橡胶层23的上表面设置有多个与所述间隔板24的所述第二圆环状凸起相匹配的第二凹槽，所述间隔板24的所述第二圆环状凸起分别插入对应的所述第二凹槽中。
如图4所示，所述箱体21的一端开口，另一端设置有第一通孔211。所述箱体21的底部同轴设置有多个第一圆环状凸起241，每个所述第一圆环状凸起241均与一个隔振弹簧相对应，第一圆环状凸起设置在相对应的隔振弹簧的内周侧，且所述第一圆环状凸起241的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，以利用第一圆环状凸起241固定相对应的隔振弹簧的底部，相对应地，所述第二橡胶层23的下表面设置有多个与所述箱体21的所述第一圆环状凸起241相匹配的第一凹槽，所述箱体21的所述第一圆环状凸起241分别插入对应的所述第一凹槽中。
所述上连接板10的下表面同轴设置有多个第二圆环状凸起，每个所述第二圆环状凸起均与一个隔振弹簧相对应，第二圆环状凸起设置在相对应的隔振弹簧的内周侧，且所述第二圆环状凸起的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，以利用第二圆环状凸起固定相对应的隔振弹簧的顶部，相对应地，所述第一橡胶层22的上表面设置有多个与所述上连接板10的所述第二圆环状凸起相匹配的第二凹槽，所述上连接板10的所述第二圆环状凸起分别插入对应的所述第二凹槽中。
本发明中，第一圆环状凸起241和第二圆环状凸起均具有一定的厚度和高度。优选地，第一圆环状凸起241的高度为20mm，第二圆环状凸起的高度为10mm。需要说明的是，本发明中，第一圆环状凸起241的高度与第二圆环状凸起的高度之和小于隔振弹簧的高度。
需要说明的是，本发明中，所述间隔板24的第一圆环状凸起241与所述上连接板10的第二圆环状凸起的外径相同，均等于第一橡胶层22中对应的隔振弹簧的内径；所述箱体21的第一圆环状凸起241与所述间隔板24的第二圆环状凸起的外径相同，均等于第二橡胶层23中对应的隔振弹簧的内径。第一橡胶层22中的隔振弹簧与第二橡胶层23中的隔振弹簧的内径可以相同，也可以不同。
可选地，所述第一橡胶层22上设置有第一隔振弹簧221和第二隔振弹簧222，所述第二橡胶层23上设置有第三隔振弹簧231和第四隔振弹簧232，所述第一隔振弹簧221的直径与所述第三隔振弹簧231的直径相等，所述第二隔振弹簧222的直径与所述第四隔振弹簧232的直径相等，且所述第一隔振弹簧221的直径小于所述第二隔振弹簧222的直径。第一橡胶层22的直径与第二橡胶层23的直径相等，第一隔振弹簧221与第二隔振弹簧222在第一橡胶层22上同轴设置，且第一隔振弹簧221、第二隔振弹簧222的中心轴线与第一橡胶层22的中心轴线位于同一直线上；第三隔振弹簧231与第四隔振弹簧232在第二橡胶层23上同轴设置，且第三隔振弹簧231、第四隔振弹簧232的中心轴线与第二橡胶层23的中心轴线位于同一直线上。在其他实施例中，第一隔振弹簧221的直径与第三隔振弹簧231的直径可以不相等，第二隔振弹簧222的直径与第四隔振弹簧232的直径也可以不相等。
可选地，所述上连接板10与所述箱体21螺栓连接，具体地，上连接板10与箱体21的外边缘螺栓连接；所述下连接板50与所述水平隔振单元40螺栓连接。
需要说明的是，本发明中竖向隔振单元20不仅能够减少因轨道交通诱发的微振动，而且，能够隔离地震的竖向振动。
本实施例中，所述水平隔振单元40是叠层天然橡胶支座、叠层铅芯橡胶支座或高阻尼橡胶支座，以进行水平隔振。所述水平隔振单元40优选为叠层天然橡胶支座。叠层天然橡胶支座不但具有性能稳定可靠，工业界应用广泛的特点，而且具有较高的竖向刚度和竖向承压能力，同时能为水平向提供较小的刚度，有利于取得良好的隔振效果。
在实际设计时，可根据被隔振上盖结构的实际动力特性以及隔振目标需求，所述水平隔振单元40采用叠层天然橡胶支座或叠层铅芯橡胶支座，叠层铅芯橡胶支座在支座中部设置了铅芯棒，能起到耗散振动能量的作用。
综上，本发明实施例提供一种轨道交通用三维隔振装置，其竖向隔振单元20利用硫化一体设置的橡胶层和隔振弹簧能够有效减少轨道交通诱发的微振动，提高减振效果，有效解决轨道交通上盖结构的振动噪音问题；本发明通过中作板30串联竖向隔振单元20和水平隔振单元40，实现三维隔振装置在水平方向与竖直方向的运动解耦，从而实现竖向减振和水平隔振的功能分区，满足不同方向隔振减振功能需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，包括：
自上而下依次设置的上连接板、竖向隔振单元、中作板、水平隔振单元和下连接板；
其中，所述竖向隔振单元包括箱体和在箱体内自上而下依次固定连接的第一橡胶层、间隔板和第二橡胶层，所述箱体的一端开口，所述上连接板盖合固定在所述开口上，所述第一橡胶层和所述第二橡胶层上均固定设置有多个隔振弹簧，且多个隔振弹簧在所述第一橡胶层或所述第二橡胶层上同轴设置。
2.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述中作板包括底板和支撑柱，所述支撑柱的一端设置在所述底板的上表面，所述支撑柱的另一端穿过所述箱体的底部和所述第二橡胶层插入所述间隔板中，所述底板的上表面与所述箱体的底部具有间隙。
3.根据权利要求2所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述支撑柱的中心轴线与所述隔振弹簧的中心轴线位于同一直线上。
4.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述隔振弹簧与所述第一橡胶层或所述第二橡胶层硫化设置为一体。
5.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述第一橡胶层与所述上连接板、所述间隔板均硫化粘接；所述第二橡胶层与所述间隔板、所述箱体的底部均硫化粘接。
6.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述中作板的下表面与所述水平隔振单元硫化粘接。
7.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述第一橡胶层的直径、所述第二橡胶层的直径均小于所述箱体的内径，所述间隔板的直径与所述箱体的内径相等。
8.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述间隔板的上表面和所述箱体的底部均同轴设置有多个第一圆环状凸起，每个所述第一圆环状凸起均与一个隔振弹簧相对应，且所述第一圆环状凸起的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，所述第一橡胶层的下表面和所述第二橡胶层的下表面均设置有多个与所述第一圆环状凸起相匹配的第一凹槽，所述第一圆环状凸起插入所述第一凹槽中。
9.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述上连接板的下表面和所述间隔板的下表面均同轴设置有多个第二圆环状凸起，每个所述第二圆环状凸起均与一个隔振弹簧相对应，且所述第二圆环状凸起的外径等于相对应的隔振弹簧的内径，所述第一橡胶层的上表面和所述第二橡胶层的上表面均设置有多个与所述第二圆环状凸起相匹配的第二凹槽，所述第二圆环状凸起插入所述第二凹槽中。
10.根据权利要求1所述的轨道交通用三维隔振装置，其特征在于，所述第一橡胶层上设置有第一隔振弹簧和第二隔振弹簧，所述第二橡胶层上设置有第三隔振弹簧和第四隔振弹簧，所述第一隔振弹簧的直径与所述第三隔振弹簧的直径相等，所述第二隔振弹簧的直径与所述第四隔振弹簧的直径相等，且所述第一隔振弹簧的直径小于所述第二隔振弹簧的直径。
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