本发明专利技术公开了一种高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置及设计方法，该装置包括上组件和下组件，上组件包括上顶板，上顶板两端设置有上竖板，上顶板底面设置有限位钢板，下组件包括下底板，下底板两侧设置有下竖板，上竖板和下竖板之间设置有双向耗能组件，双向耗能组件包括固定钢板和滑动钢板，上顶板和下底板之间设置有竖向耗能组件，竖向耗能组件包括外圆筒和内圆筒，外圆筒设置在活动钢板上，内圆筒设置在下底板上，上顶板和下底板之间设置有若干转动限位装置；本发明专利技术还公开了该三向减振装置的设计方法。本发明专利技术可实现在水平向、竖向和转动方向的三向减振和限位功能，保护声屏障结构。
【技术实现步骤摘要】
一种高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置及设计方法
本专利技术属于高铁桥减振装置及方法
，具体涉及到一种高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置及设计方法。
技术介绍
随着国内高铁的迅猛发展和民众环保意识的提高，列车过桥引起的振动和噪声对敏感区域的环境影响逐渐得到重视，各式声屏障结构已在铁路、公路及轨道交通桥梁中得到了大量的运用。目前广泛采用的直立式声屏障，高度一般为2.15～3.15m，利用浇筑在桥梁翼缘板内部的U形筋与声屏障柱脚固接在一起，但直立式声屏障的降噪效果非常有限，近年来工程中开始使用全封闭式或半封闭式声屏障以加大降噪效果。然而，受制于限界因素，桥上全封闭式声屏障不得不设计成高度超过8m、横向宽度为12m高耸结构，所以声屏障的振动病害及由此产生的安全问题亟待解决。当高速列车通过高耸的声屏障时，列车的运动会导致周围空气产生强烈的扰动，并在声屏障上产生随时间变化的脉动风压，从而导致声屏障连接薄弱处(例如螺栓连接处)振动破坏或疲劳失效。对于桥上全封闭式声屏障，由于声屏障与轨道的间距小，当车速达到350km/h或更高时，这一问题将会变得极为严峻。现有全封闭式声屏障与桥梁的连接方式仍然是仿照直立式声屏障，即其基础通常安装于桥梁的翼缘板外边缘。高速列车的轮轨冲击能量通过轨道结构传递到桥梁的各个部位。对于桥梁翼缘板，“鞭梢效应”将使得该区域的局部振动非常剧烈，而全封闭式声屏障的基础却不得不设置在桥梁翼缘板末端。因此，轮轨激励所带来的声屏障振动同样不可忽视。此外，全封闭式声屏障整体呈现高、长、窄的特征，与一般建筑结构、高耸结构形体不同。它的支撑结构是由长细比较大的杆件拼装而成的大型骨架结构，其迎风面积大、整体轻，受台风、地震荷载等环境激励的影响特别严重，一旦出现振动破坏问题，就极有可能酿成严重的行车安全事故。因此，有必要设计一种减振装置，能够顺利地耗散列车脉动风和轮轨激励能量，并能在发生台风、地震等情况下时保护声屏障结构。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置及设计方法，可实现在水平向、竖向和转动方向的三向减振和限位功能，保护声屏障结构。为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置，包括上组件和下组件，上组件设置在下组件正上方，上组件包括上顶板，上顶板两端设置有上竖板，上顶板底面设置有限位钢板，下组件包括下底板，下底板两侧设置有下竖板，上竖板和下竖板之间设置有双向耗能组件，双向耗能组件包括固定钢板和滑动钢板，固定钢板和滑动钢板呈H型，且之间设置有若干弹性体，上竖板上设置有与滑动钢板匹配的滑动槽，下竖板上设置有与固定钢板匹配的固定槽，上顶板和下底板之间设置有竖向耗能组件，竖向耗能组件包括外圆筒和内圆筒，外圆筒设置在活动钢板上，外圆筒内设置有筒塞，内圆筒设置在下底板上，且位于外圆筒和筒塞之间的圆环槽内，内圆筒直径大于筒塞直径，外圆筒直径大于内圆筒直径，内圆筒中设置有减振弹簧，并填充有阻尼剂，上顶板和下底板之间设置有若干转动限位装置，上顶板上设置有若干固定螺栓，下底板上设置有若干固定孔。本装置的有益效果是：当装置受到荷载时，上组件和下组件之间发生相对位移，上竖板和下竖板相互靠近过程中水平挤压双向耗能组件，通过弹性体的拉压变形和恢复实现水平方向耗能，通过剪切变形及恢复实现转动方向耗能，从而实现两个方向减振的目的，上组件和下组件相互靠近挤压竖向耗能组件，通过减振弹簧和阻尼剂的变形，实现竖直方向的耗能减振，而转动限位装置则实现转动方向的耗能减振；极端荷载情况下，上组件和下组件的水平相对位移达到最大，限位钢板和下竖板相接触，代替弹性体成为水平方向的主要受力结构，从而限制上组件和下组件的水平相对位移，起到水平限位作用；极端荷载情况下，竖向振动过大，减振弹簧和阻尼剂产生较大变形，使得内圆筒在圆环槽内撞击到活动钢板的底面，代替减振弹簧和阻尼剂成为竖直方向的主要受力结构，由此实现竖向限位；转动限位装置则实现转动限位；水平方向上限位钢板与活动钢板滑动接触，竖直方向上滑动钢板在下竖板内滑动，且转动限位装置不对上组件产生竖向或水平的约束，可实现水平、竖直及转动方向的解耦。进一步，转动限位装置包括上铰链和下铰链，上铰链和下铰链分别设置在上顶板和下底板上，上铰链和下铰链通过相匹配的连接板和销铰连接，连接板上设置有上端孔，上端孔长度大于销铰直径。采用上述进一步方案的有益效果是：连接板和下铰链可通过下端的销铰相对转动；连接板和上铰链既可以通过上端的销铰产生相对转动，也可以通过上端孔产生相对位移，转动限位装置的设置允许上组件在荷载作用下产生一定角度的转动，也可以通过有限长度的上端孔限制最大转动角度；极端荷载情况下，转动过程中，一侧的上端销铰向下移动，直至接触到上端孔的底部，达到转动极限，另一侧的上端销铰向上移动，直至接触到上端孔的顶部，达到转动极限，实现转动限位功能。进一步，滑动槽内、活动钢板与限位钢板之间、外圆筒与内圆筒之间均设置有聚四氟乙烯涂层。采用上述进一步方案的有益效果是：聚四氟乙烯涂层耐腐蚀、耐气候，同时在固体材料中摩擦系数最低，可具有一定的润滑作用，且表面张力最小，不粘附任何物质。进一步，内圆筒顶面设置有橡胶圈。采用上述进一步方案的有益效果是：橡胶圈在竖直位移达到最大时，减小内圆筒对活动钢板的冲击，保护限位结构。进一步，限位钢板两侧设置有橡胶垫。采用上述进一步方案的有益效果是：橡胶垫在水平位移达到最大时，减小活动钢板与下竖板之间的冲击，保护水平限位结构。进一步，减振装置下部通过固定孔安装在桥梁翼缘板预埋U形筋上，减振装置上部通过固定螺栓与声屏障立柱进行固定。采用上述进一步方案的有益效果是：便于现场施工，可最大程度地确保安装质量，并能方便后期养护维修。上述高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置的设计方法，其包括如下步骤：S1、根据列车、桥梁和全封闭式声屏障的力学参数，通过车桥耦合振动理论和流固耦合理论，获得列车脉动风和轮轨激励联合作用下的全封闭式声屏障振动大小，并依据相关规范限值要求，确定全封闭式声屏障的减振目标；S2、以刚度和阻尼作为关键力学参数，分别用对应水平平动、竖向平动和转动的减振单元对三向减振装置进行模拟，进而确定可实现减振目标的力学参数；S3、根据实现水平平动和转动的减振单元的力学参数，对弹性体的数量、间距、尺寸、材料参数进行设计；依据实现竖向平动的减振单元的力学参数，对减振弹簧和所述阻尼剂的数量、尺寸、材料参数进行设计；S4、在极端荷载前提下考虑耗能组件完全失效的极端情况，通过结构受力分析确定声屏障不出现整体性垮塌的限位需求，进而得到限位钢板与下竖板的间隙、内圆筒与外圆筒的高度及间隙、滑动槽的尺寸、转动限位装置的间距及上端孔的尺寸。本方法的优点在于：1.相较于传统方法，本方法综合考虑了列车脉动风和轮轨激励联合作用引起的全封闭式声屏障振动。列车通过时，轮轨激励经过箱梁翼缘板传递至装置上，通过减振弹簧和阻尼剂在竖向内的反复压缩变形及恢复的过程耗散振动能量，从而减少竖向振动向声屏障的传递，列车脉动风直接作用于声屏障，声屏障将水平振动及转动传递至装置上，通过弹性体的水平拉压变形及竖向非一致剪切变形耗散振动能量，从而减小声屏障本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置，其特征在于，包括上组件(1)和下组件(2)，所述上组件(1)设置在所述下组件(2)正上方，所述上组件(1)包括上顶板(11)，所述上顶板(11)两端设置有上竖板(12)，所述上顶板(11)底面设置有限位钢板(14)，所述下组件(2)包括下底板(21)，所述下底板(21)两侧设置有下竖板(22)，所述上竖板(12)和所述下竖板(22)之间设置有双向耗能组件(4)，所述双向耗能组件(4)包括固定钢板(41)和滑动钢板(42)，所述固定钢板(41)和所述滑动钢板(42)呈H型，且之间设置有若干弹性体(43)，所述上竖板(12)上设置有与所述滑动钢板(42)匹配的滑动槽(13)，所述下竖板(22)上设置有与所述固定钢板(41)匹配的固定槽(23)，所述上顶板(11)和所述下底板(21)之间设置有竖向耗能组件(3)，所述竖向耗能组件(3)包括外圆筒(31)和内圆筒(33)，所述外圆筒(31)设置在活动钢板(32)上，所述外圆筒(31)内设置有筒塞(36)，所述内圆筒(33)设置在所述下底板(21)上，且位于所述外圆筒(31)和所述筒塞(36)之间的圆环槽(37)内，所述内圆筒(33)中设置有减振弹簧(34)，并填充有阻尼剂(35)，所述外圆筒(31)直径大于所述内圆筒(33)直径，所述上顶板(11)和所述下底板(21)之间设置有若干转动限位装置(5)，所述上顶板(11)上设置有若干固定螺栓(6)，所述下底板(21)上设置有若干固定孔(8)。...
【技术特征摘要】
1.一种高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置，其特征在于，包括上组件(1)和下组件(2)，所述上组件(1)设置在所述下组件(2)正上方，所述上组件(1)包括上顶板(11)，所述上顶板(11)两端设置有上竖板(12)，所述上顶板(11)底面设置有限位钢板(14)，所述下组件(2)包括下底板(21)，所述下底板(21)两侧设置有下竖板(22)，所述上竖板(12)和所述下竖板(22)之间设置有双向耗能组件(4)，所述双向耗能组件(4)包括固定钢板(41)和滑动钢板(42)，所述固定钢板(41)和所述滑动钢板(42)呈H型，且之间设置有若干弹性体(43)，所述上竖板(12)上设置有与所述滑动钢板(42)匹配的滑动槽(13)，所述下竖板(22)上设置有与所述固定钢板(41)匹配的固定槽(23)，所述上顶板(11)和所述下底板(21)之间设置有竖向耗能组件(3)，所述竖向耗能组件(3)包括外圆筒(31)和内圆筒(33)，所述外圆筒(31)设置在活动钢板(32)上，所述外圆筒(31)内设置有筒塞(36)，所述内圆筒(33)设置在所述下底板(21)上，且位于所述外圆筒(31)和所述筒塞(36)之间的圆环槽(37)内，所述内圆筒(33)中设置有减振弹簧(34)，并填充有阻尼剂(35)，所述外圆筒(31)直径大于所述内圆筒(33)直径，所述上顶板(11)和所述下底板(21)之间设置有若干转动限位装置(5)，所述上顶板(11)上设置有若干固定螺栓(6)，所述下底板(21)上设置有若干固定孔(8)。2.如权利要求1所述的高铁桥上全封闭式声屏障的三向减振装置，其特征在于，所述转动限位装置(5)包括上铰链(51)和下铰链(52)，所述上铰链(51)和所述下铰链(52)分别设置在所述上顶板(11)和所述下底板(21)上，所述上铰链(51)和所述下铰链(52)通过相匹配的连接板(53)和销铰(54)连接，所述连接板(53)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张迅，王曦阳，李小珍，曹智扬，周小刚，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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