CN113775066A - 一种一体成型的低频隔振降噪复合板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体成型的低频隔振降噪复合板，属于建筑材料技术领域；包括上层与下层的增强层，以及设置在上下增强层之间的隔振降噪复合结构层；隔振降噪复合结构层包括点阵栅格框架和均匀镶嵌于点阵栅格框架内的若干声子晶体散射体单元；声子晶体散射体单元由内部柱状核心体及包覆于核心体外层的粘弹性材料组成；本发明解决建筑楼板体系在使用过程中发生振动，以及伴随产生定频噪音的工程问题；该结构对沿板任意方向入射的特定频率范围的振动和声音均有良好的阻隔效应。

Description

一种一体成型的低频隔振降噪复合板
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种混凝土板，具体为一种低频隔振降噪的钢筋混凝土复合板。
背景技术
近年来，随着建筑技术的不断发展，大跨度混凝土楼板结构在工业设备厂房、商场、大型场馆、医院、地铁站及火车站等公共建筑中大量运用，由于楼板体系的质量和阻尼越来越小以及自振频率越来越低等，在正常使用过程中，建筑楼板体系就很容易发生振动，且振动频率往往局限于某一特定的窄带范围，这种振动达到一定程度时，会严重影响建筑的舒适度。存在振动的场合往往伴随着设备或振动产生的定频噪音。特别是随着工业运输业的迅猛发展，城市化进程的加快，城市快速路、轨道交通等相继出现，振动产生的低频噪声污染也日益严重。由于噪声源头的多样性，因而要控制噪声的产生是非常困难的，这就对建筑结构本身的减振隔降噪性能提出要求。
抑制有害的噪声与振动就成为了工程技术中迫切需要解决的问题。固体结构作为传递振动和噪声的主要媒介，具有传递多种波形的能力、传播距离远、衰减小等特点，因而固体结构中对弹性波的隔绝与控制问题已经成为工程中隔振降噪的难点，目前也是这一领域的热点研究课题。钢筋混凝土板作为建筑结构中的一种大跨度基础构件，对其振动分析与控制问题一直是建筑学与力学等学科领域关注的重要课题，也是振动和噪声领域的主要研究对象之一。通过将周期性思想引入到板类结构的设计中，可以得到具有振动带隙的板类结构，这类结构能抑制带隙频率范围内的振动及噪声的传播。由此可见，周期性结构在隔声隔振方面有着潜在的应用前景，可以为现有的建筑隔声降噪技术提供一种新的思路。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种低频隔振降噪的钢筋混凝土复合板，解决目前建筑楼板体系在正常使用过程中容易发生振动，严重影响建筑舒适度，且存在振动场合往往伴随着设备或振动产生定频噪音的工程问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种一体成型的低频隔振降噪复合板，包括上层与下层的增强层，以及设置在上下增强层之间的隔振降噪复合结构层；所述隔振降噪复合结构层包括点阵栅格框架和均匀镶嵌于点阵栅格框架内的若干声子晶体散射体单元；所述声子晶体散射体单元由内部柱状核心体及包覆于核心体外层的粘弹性材料组成。
优选的，所述声子晶体散射体单元的形状为圆柱体、正方体、正六面体中的任意一种。
优选的，声子晶体散射体单元在点阵栅格框架内的填充率为10%-78%。
优选的，声子晶体散射体单元的晶格常数为0.5-24cm。
优选的，所述核心体的材质为金属或非金属或聚合物材料，材料的杨氏模量为3×108-1×1012 Pa、密度为5000-20000kg/m3。
优选的，所述粘弹性材料为橡胶或树脂材料，所述粘弹性材料的杨氏模量为8×103-2×106 Pa、密度为800-1800kg/m3。
优选的，所述核心体采用加工成型或模具成型，粘弹性材料覆层采用模具经高温热压工艺成型。
优选的，所述点阵栅格框架的材质为混凝土。
优选的，上层与下层的增强层的材质为钢筋。
优选的，所述隔振降噪复合结构层的制备方法为：采用相应尺寸的钢制模具制作点阵栅格框架组件；对应声子晶体散射体单元的位置，在钢制模具中布置相应数量的钢制凸块，钢制凸块与模具之间用螺栓紧固；在模具中浇筑混凝土材料并养护脱模制成点阵栅格框架；将声子晶体散射体单元分别嵌入点阵栅格框架的预留位置中。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：
本发明自上而下依次设置“钢筋增强层——周期声子晶体点阵层——钢筋增强层”三部分结构层；其中点阵层由声子晶体周期性镶嵌于预制混凝土点阵栅格中，上下配筋后浇筑成整体混凝土板。该结构对沿板任意方向入射的特定频率范围的振动和声音均有良好的阻隔效应。
本发明通过将周期性思想引入到板类结构的设计中，可以得到具有振动带隙的板类结构，这类结构能抑制带隙频率范围内的振动及噪声的传播。
附图说明
图1为本发明所述钢筋混凝土板复合结构的透视图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的纵向剖面图。
图4为声子晶体散射体单元的结构图。
图5为混凝土点阵栅格框架组件的结构图。
图6为声子晶体散射体单元与混凝土点阵栅格框架组件组装示意图。
图7为周期点阵凸块模具示意图。
图中，1为上层钢筋增强层，2为下层钢筋增强层，3为隔振降噪复合结构层，30为声子晶体散射体单元，31为混凝土点阵栅格框架，301为核心体，302为粘弹性材料，4为钢制模具，5为钢制凸块。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
结合图1-3，说明本实施例一种具有低频隔振降噪功能的一体成型钢筋混凝土复合板，混凝土复合板外观为矩形，采用楼板模具成模，且楼板模具内部长×宽×高各尺寸均比点阵栅格框架长×宽×高各尺寸大35mm以上。
混凝土复合板包括上层钢筋增强层1和下层钢筋增强层2，以及设置在上下钢筋增强层之间的隔振降噪复合结构层3；隔振降噪复合结构层3包括混凝土点阵栅格框架31和若干声子晶体散射体单元30；若干声子晶体散射体单元30横向和纵向周期均匀镶嵌于混凝土点阵栅格框架31上；其中，声子晶体散射体单元30由内部柱状核心体301及包覆于核心体301外层的粘弹性材料302组成。其中，声子晶体散射体单元30的形状可以为圆柱体、正方体、正六面体中的任意一种形状，本实施例中是圆柱体。声子晶体散射体单元30在混凝土点阵栅格框架31内的填充率为10%-78%，本实施例中为78%。声子晶体散射体单元30原胞晶格常数为20cm。
混凝土点阵栅格框架31的外观为带有点阵孔的矩形，框架组件上的圆孔与声子晶体散射体单元30大小一致，参见图5。采用专用钢制模具和钢制凸块成模。
核心体301的材质为为钢、铅或混凝土等金属、非金属或聚合物材料，材料的杨氏模量为3×108至1×1012 Pa、密度为5000至20000kg/m3。粘弹性材料302为橡胶或树脂材料，本实施例采用橡胶材料。粘弹性材料302的杨氏模量为8×103-2×106 Pa、密度为800-1800kg/m3。核心体301采用加工成型或模具成型，橡胶包覆层采用专用模具经高温热压工艺成型，参见图4。
本实施例中核心体材料采用低碳钢，包覆层材料采用硅橡胶，基体材料采用纤维混凝土。
具体制备工艺为：采用相应尺寸的专用钢制模具4制作纤维混凝土点阵栅格框架组件。对应点阵栅格局域共振散射体的位置，在专用钢制模具中布置相应数量的钢制凸块5，钢制凸块5与钢制模具4之间用螺栓紧固。在钢制模具4中浇筑纤维混凝土材料并养护至少7天后脱模，纤维混凝土点阵栅格框架成型完成。将声子晶体散射体单元分别镶嵌至纤维混凝土点阵栅格框架的预留位置中，形成隔振降噪复合结构层组件。通过垫块在楼板模具中铺设下层钢筋，浇筑下层纤维混凝土，并养护1天以上。在硬化后的下层纤维混凝土上表面涂抹厚度为5mm的高强水泥砂浆，采用垫块将定位隔振降噪复合结构层定位于高强水泥砂浆上表面。铺设上层钢筋，使用同强度纤维混凝土将楼板浇筑成型，并养护28天，参见图6和图7。
实施例2
本实施方式的声子晶体散射体单元外形为六边形柱体结构。核心体材料采用铅，包覆层材料采用人工树脂，基体材料采用高韧性混凝土。
具体制备工艺为：采用相应尺寸的专用钢制模具制作高韧性混凝土点阵栅格框架组件。对应点阵栅格局域共振散射体的位置，在专用钢制模具中布置相应数量的钢制凸块，钢制凸块与专用模具之间用螺栓紧固。在专用模具中浇筑高韧性混凝土材料并养护至少7天后脱模，高韧性混凝土点阵栅格框架成型完成。将声子晶体散射体单元分别镶嵌至高韧性混凝土点阵栅格框架的预留位置中，形成隔振降噪复合结构层组件。通过垫块在楼板模具中铺设下层钢筋，浇筑下层高韧性混凝土，并养护1天以上。在硬化后的下层高韧性混凝土上表面涂抹厚度为5mm的高强水泥砂浆，采用垫块将定位隔振降噪复合结构层定位于高强水泥砂浆上表面。铺设上层钢筋，使用同强度高韧性混凝土将楼板浇筑成型，并养护28天，参见图6和图7。
工作过程：本发明通过声子晶体散射体单元进行吸振和吸声，其中核心体与其包覆层组成多自由度振子单元实现了弹性波作用下由核心体在包覆层内部产生多自由度的振动，使得弹性波在其传播过程中产生频率带隙，导致该振动激励在一定的频率范围内得到衰减，从而实现该结构的隔振降噪功能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，包括上层与下层的增强层，以及设置在上下增强层之间的隔振降噪复合结构层；所述隔振降噪复合结构层包括点阵栅格框架和均匀镶嵌于点阵栅格框架内的若干声子晶体散射体单元；所述声子晶体散射体单元由内部柱状核心体及包覆于核心体外层的粘弹性材料组成。
2.根据权利要求1所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，所述声子晶体散射体单元的形状为圆柱体或正六面体。
3.根据权利要求1所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，声子晶体散射体单元在点阵栅格框架内的填充率为10%-78%。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，声子晶体散射体单元的晶格常数为0.5-24cm。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，所述核心体的材质为金属或非金属或聚合物材料，核心体材料的杨氏模量为3×108-1×1012 Pa、密度为5000-20000kg/m3。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，所述粘弹性材料为橡胶或树脂材料，所述粘弹性材料的杨氏模量为8×103-2×106 Pa、密度为800-1800kg/m3。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，所述核心体采用加工成型或模具成型，粘弹性材料覆层采用模具经高温热压工艺成型。
8.根据权利要求1所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，所述点阵栅格框架的材质为混凝土。
9.根据权利要求1所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，上层与下层的增强层的材质为钢筋。
10.根据权利要求1所述的一种一体成型的低频隔振降噪复合板，其特征在于，所述隔振降噪复合结构层的制备方法为：采用相应尺寸的钢制模具制作点阵栅格框架组件；对应声子晶体散射体单元的位置，在钢制模具中布置相应数量的钢制凸块，钢制凸块与模具之间用螺栓紧固；在模具中浇筑混凝土材料并养护脱模制成点阵栅格框架；将声子晶体散射体单元分别嵌入点阵栅格框架的预留位置中。
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