本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，涉及一種道床減振降噪結(jié)構(gòu)及其制備方法，具體地說，涉及一種有利于減振降噪的鋸齒界面組合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

當(dāng)今社會中，各種各樣的振動和噪聲層出不窮，避無可避。然而，這種環(huán)境的長期作用不僅影響人們的身心健康，還導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)備因長期振動而疲勞破壞、精密儀器靈敏度下降。因此，控制振動、降低噪聲已經(jīng)成為迫切需要解決的課題。地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，在人們的工作生活中扮演了越來越重要的角色。為了提高乘坐舒適度以及提高軌道及車輛的使用壽命，在軌道的減震降噪方面也有越來越多的新技術(shù)出現(xiàn)。

目前，地鐵中應(yīng)用的減振降噪措施以道床減振為主，如浮置板道床減振和橡膠墊道床減振等。然而，這些技術(shù)具有以下缺陷：(1)損耗因子只有0.05～0.2左右，減振效果不明顯；(2)使用壽命短；由于這些裝置采用了彈簧和橡膠等材料，體積相對噴涂型阻尼材料來說較大，往往使用幾年后，就會因為列車的不斷沖擊和材料的老化，使得減振效果明顯下降；(3)也是最重要的一點：這些技術(shù)會造成道床結(jié)構(gòu)的滑移和波浪形磨耗，這種現(xiàn)象會反過來增大結(jié)構(gòu)的振動，對乘客和周邊建筑的居民造成更大的影響，從而導(dǎo)致地鐵部門不斷接到群眾投訴；嚴(yán)重的情況下常常會迫使相關(guān)單位大面積拆除鋼軌道床，給工程造成難以估量的損失。

為了解決上述問題，實用新型專利ZL201220019831.X公開了“約束阻尼結(jié)構(gòu)的減振降噪整體道床”。該實用新型專利公開的減振降噪整體道床，包括混凝土道床和混凝土路基；混凝土道床和混凝土路基之間設(shè)有粘彈性阻尼層，混凝土道床、混凝土路基、粘彈性阻尼層組成約束層。該專利工藝簡單，效果相比其它減振方式有一定的優(yōu)勢。然而，這種方式存在的極大的安全隱患，那就是隨著時間的增長，列車的長期沖擊會使道床產(chǎn)生相對滑移現(xiàn)象。

目前，環(huán)氧樹脂主要應(yīng)用于涂料防護、膠粘劑、電子電器材料、工程塑料、復(fù)合材料、土建材料等領(lǐng)域，還沒有將其應(yīng)用在減振降噪的多層約束阻尼道床結(jié)構(gòu)中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有地鐵減振道床所存在的問題，本發(fā)明所述的約束阻尼道床，可以有效防止列車對軌道的沖擊所造成的相對滑移及波浪形磨耗，使其具有更好的阻尼性能，為地鐵減振降噪工程應(yīng)用提供理論支持和實踐指導(dǎo)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床，包括混凝土基層、約束層以及位于二者之間的中間層。所述道床的長度12～15m，寬度為3～5m。

所述混凝土基層、約束層和中間層均為鋸齒形，且相鄰兩層的鋸齒互相匹配；所述中間層為多層約束阻尼層，所述中間層由依次排布的阻尼材料層I、硬夾層和阻尼材料層II的組成。所述阻尼材料層I位于靠近混凝土基層的一側(cè)，所述阻尼材料層II位于靠近約束層的一側(cè)。所述阻尼材料層為聚氨酯-脲阻尼材料。所述硬夾層的邵氏D硬度為64～66。由于硬夾層的硬度適當(dāng)，所以整個結(jié)構(gòu)相當(dāng)于是雙層約束阻尼結(jié)構(gòu)，因而極大地提高了減振降噪的效果。

其中，所述鋸齒形界面由多個平行排布且底面位于同一平面上的鋸齒單元組成，所述每個鋸齒單元中，鋸齒的凸起高度為90～110mm，鋸齒單元垂直方向截面的頂角角度為70～80°，垂直方向截面的底角角度為5～15°。

其中，所述阻尼材料層I、硬夾層和阻尼材料層II的厚度均為1.6～2.5mm；所述硬夾層為環(huán)氧樹脂層；所述混凝土基層和約束層的厚度均為0.2～0.25m。所述硬夾層與阻尼材料層I以及硬夾層與阻尼材料層II之間設(shè)有鑲嵌在二者表面的金剛砂層，所述金剛砂的數(shù)量為3～4kg/m²，所述金剛砂的粒徑為1.6～2.0mm。優(yōu)選的是，所述中間層的厚度為6mm。

地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：在鋸齒表面模板上澆筑混凝土基層，并使其約束界面為鋸齒狀；

(2)中間層：在步驟(1)得到的混凝土基層上噴涂1.6～2.5mm的阻尼材料，并在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；然后噴涂1.6～2.5mm的環(huán)氧樹脂，在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；最后再噴涂1.6～2.5mm的阻尼材料；

(3)約束層：在步驟(2)制備的中間層上繼續(xù)澆筑混凝土為約束層；即得到地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床。

其中，所述金剛砂部分鑲嵌在環(huán)氧樹脂層，部分鑲嵌在阻尼材料層。所述混凝土基層和約束層的厚度均為0.2～0.25m；所述阻尼材料層為聚氨酯-脲阻尼材料。優(yōu)選的是，所述中間層的厚度為6mm。

模擬檢測減振降噪效果的方法：采用ANSYS有限元模擬的方法分別對平板狀界面約束阻尼結(jié)構(gòu)(實用新型專利《約束阻尼結(jié)構(gòu)的減振降噪整體道床》申請?zhí)?01220019831.X)和鋸齒狀界面約束阻尼結(jié)構(gòu)(本發(fā)明)進行模態(tài)分析。

模擬檢測的具體步驟：選用體單元SOLID186，是一種三維實體八個節(jié)點單元，每個節(jié)點具有xyz三個平動自由度，材料特性為各項同性，能夠滿足模態(tài)應(yīng)變能理論的要求；支撐方式為兩端簡支約束；基層、阻尼層、約束層材料參數(shù)如表1所述；將建立的模型劃分單元網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.1。

表1ANSYS有限元模擬采用的參數(shù)列表

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明對約束界面形狀進行優(yōu)化，將道床約束界面設(shè)計成鋸齒狀，一方面解決了道床相對滑移的隱患，另一方面增大結(jié)構(gòu)的比表面積，即增大了剪切面積，從而更加充分發(fā)揮阻尼材料的非線性特點，利用阻尼材料的剪切耗能，損耗因子提高了0.3～0.5，因此減振效果也明顯提高。

2、本發(fā)明將中間層設(shè)計為多層約束阻尼，即阻尼層-環(huán)氧樹脂-阻尼層，由于環(huán)氧樹脂材料比較硬，所以整個結(jié)構(gòu)相當(dāng)于雙層約束；與單層約束相比，本發(fā)明的雙層約束結(jié)構(gòu)更能發(fā)揮約束阻尼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，增加材料的抗沖擊性和抗疲勞性，充分的利用阻尼材料的剪切耗能；

3、本發(fā)明在阻尼層與環(huán)氧樹脂層之間加入適量的金剛砂，增強材料之間的剪切力，進而充分利用材料內(nèi)部的摩擦耗能；

4、本發(fā)明采用的中間層厚度不足10mm，體積相對較小，因此，具備良好的抗列車沖擊和抗疲勞性能，從而有效地防止列車對軌道的沖擊所造成的相對滑移及波浪形磨耗，也就克服了目前工程中的時效性問題。

附圖說明

圖1為鋸齒狀道床混凝土基層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為鋸齒狀道床的中間層結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為阻尼材料層I，2為硬夾層，3為阻尼材料層II，4為金剛砂。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的說明。

實施例1：

地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床，包括混凝土基層、約束層以及位于二者之間的中間層。所述道床的長度12～15m，寬度為3～5m。所述混凝土基層、約束層和中間層均為鋸齒形，且相鄰兩層的鋸齒互相匹配；所述中間層為多層約束阻尼層，所述中間層由依次排布的阻尼材料層I、硬夾層和阻尼材料層II的組成。所述阻尼材料層I位于靠近混凝土基層的一側(cè)，所述阻尼材料層II位于靠近約束層的一側(cè)。所述阻尼材料層為聚氨酯-脲阻尼材料。所述硬夾層為邵氏D硬度為65的環(huán)氧樹脂層。

其中，所述鋸齒形界面由多個平行排布且底面位于同一平面上的鋸齒單元組成，所述每個鋸齒單元中，鋸齒的凸起高度為100mm，鋸齒單元垂直方向截面的頂角角度為75°，垂直方向截面的底角角度為15°。所述阻尼材料層I、硬夾層和阻尼材料層II的厚度均為2.0mm；所述混凝土基層和約束層的厚度均為0.2m。所述硬夾層與阻尼材料層I以及硬夾層與阻尼材料層II之間設(shè)有鑲嵌在二者表面的金剛砂層，所述金剛砂的數(shù)量為3.0kg/m²，所述金剛砂的粒徑為2.0mm。

地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：在鋸齒表面模板上澆筑混凝土基層，并使其約束界面為鋸齒狀；所述混凝土基層的厚度為0.2m；

(2)中間層：在步驟(1)得到的混凝土基層上噴涂2.0mm的阻尼材料，并在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；然后噴涂2.0mm的環(huán)氧樹脂，在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；最后再噴涂2.0mm的阻尼材料；所述金剛砂部分鑲嵌在環(huán)氧樹脂層，部分鑲嵌在阻尼材料層。所述阻尼材料層為聚氨酯-脲阻尼材料。

(3)約束層：在步驟(2)制備的中間層上繼續(xù)澆筑混凝土為約束層；所述約束層的厚度為0.2m；即得到地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床。

對平板型結(jié)構(gòu)與本實施例的鋸齒形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進行模擬檢測，結(jié)果如表2所示。

表2實施例1兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計算

實施例2：

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為64的環(huán)氧樹脂層。鋸齒的凸起高度為90mm，鋸齒單元垂直方向截面的頂角角度為80°，垂直方向截面的底角角度為5°。其中，所述阻尼材料層I、硬夾層和阻尼材料層II的厚度均為1.6mm；所述混凝土基層和約束層的厚度均為0.25m。所述硬夾層與阻尼材料層I以及硬夾層與阻尼材料層II之間設(shè)有鑲嵌在二者表面的金剛砂層，所述金剛砂的數(shù)量為4.0kg/m²，所述金剛砂的粒徑為1.6mm。

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：所述混凝土基層的厚度為0.25m；

(2)中間層：在步驟(1)得到的混凝土基層上噴涂1.6mm的阻尼材料，并在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；然后噴涂1.6mm的環(huán)氧樹脂，在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；最后再噴涂1.6mm的阻尼材料。

(3)約束層：所述約束層的厚度為0.25m。

對平板型結(jié)構(gòu)與本實施例的鋸齒形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進行模擬檢測，結(jié)果如表3所示。

表3實施例2兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計算

實施例3：

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為66的環(huán)氧樹脂層。鋸齒的凸起高度為110mm，鋸齒單元垂直方向截面的頂角角度為70°，垂直方向截面的底角角度為10°。其中，所述阻尼材料層I、硬夾層和阻尼材料層II的厚度均為2.5mm；所述混凝土基層和約束層的厚度均為0.22m。所述硬夾層與阻尼材料層I以及硬夾層與阻尼材料層II之間設(shè)有鑲嵌在二者表面的金剛砂層，所述金剛砂的數(shù)量為3.5kg/m²，所述金剛砂的粒徑為1.8mm。

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：所述混凝土基層的厚度為0.22m；

(2)中間層：在步驟(1)得到的混凝土基層上噴涂2.5mm的阻尼材料，并在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；然后噴涂2.5mm的環(huán)氧樹脂，在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；最后再噴涂2.5mm的阻尼材料。

(3)約束層：所述約束層的厚度為0.22m。

對平板型結(jié)構(gòu)與本實施例的鋸齒形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進行模擬檢測，結(jié)果如表4所示。

表4實施例3兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計算

實施例4：

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為65的環(huán)氧樹脂層。鋸齒的凸起高度為95mm，鋸齒單元垂直方向截面的頂角角度為78°，垂直方向截面的底角角度為12°。其中，所述阻尼材料層I的厚度為1.8mm，所述硬夾層的厚度為2.0m，所述阻尼材料層II的厚均為2.2mm；所述混凝土基層和約束層的厚度均為0.20m。所述硬夾層與阻尼材料層I以及硬夾層與阻尼材料層II之間設(shè)有鑲嵌在二者表面的金剛砂層，所述金剛砂的數(shù)量為3.3kg/m²，所述金剛砂的粒徑為1.9mm。

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：所述混凝土基層的厚度為0.20m；

(2)中間層：在步驟(1)得到的混凝土基層上噴涂1.8mm的阻尼材料，并在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；然后噴涂2.0mm的環(huán)氧樹脂，在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；最后再噴涂2.2mm的阻尼材料。

(3)約束層：所述約束層的厚度為0.20m。

對平板型結(jié)構(gòu)與本實施例的鋸齒形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進行模擬檢測，結(jié)果如表5所示。

表5實施例4兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計算

實施例5：

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為65的環(huán)氧樹脂層。鋸齒的凸起高度為105mm，鋸齒單元垂直方向截面的頂角角度為73°，垂直方向截面的底角角度為8°。其中，所述阻尼材料層I的厚度為2.2mm，所述硬夾層的厚度為2.0m，所述阻尼材料層II的厚均為1.8mm；所述混凝土基層和約束層的厚度均為0.25m。所述硬夾層與阻尼材料層I以及硬夾層與阻尼材料層II之間設(shè)有鑲嵌在二者表面的金剛砂層，所述金剛砂的數(shù)量為3.7kg/m²，所述金剛砂的粒徑為1.7mm。

與實施例1不同的是，地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的鋸齒界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：所述混凝土基層的厚度為0.25m；

(2)中間層：在步驟(1)得到的混凝土基層上噴涂2.2mm的阻尼材料，并在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；然后噴涂2.0mm的環(huán)氧樹脂，在其表面干燥之前撒適量的金剛砂；最后再噴涂1.8mm的阻尼材料。

(3)約束層：所述約束層的厚度為0.25m。

對平板型結(jié)構(gòu)與本實施例的鋸齒形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進行模擬檢測，結(jié)果如表6所示。

表6實施例5兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計算

對表2～6中數(shù)據(jù)分析比較，我們可以得到以下結(jié)論：(1)平板型結(jié)構(gòu)與鋸齒狀結(jié)構(gòu)前五階的固有頻率和損耗因子變化趨勢相同，并且鋸齒狀結(jié)構(gòu)的各階固有頻率普遍比平板型結(jié)構(gòu)大；這是因為鋸齒狀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量相比平板型結(jié)構(gòu)要小，說明結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量會影響結(jié)構(gòu)的固有頻率。(2)鋸齒狀結(jié)構(gòu)的各階損耗因子比平板型的明顯大0.3左右，主要是因為鋸齒狀結(jié)構(gòu)的比表面積增大，更能充分利用材料的剪切耗能，中間層的雙層約束結(jié)構(gòu)加之金剛砂的作用使結(jié)構(gòu)的阻尼性能更好，說明比表面積的增大、雙層約束及金剛砂的作用能有效提高結(jié)構(gòu)的阻尼性能。(3)二階損耗因子均明顯比一階損耗因子大，相差0.25左右，說明結(jié)構(gòu)在二階振級下阻尼剪切耗能較多。

根據(jù)上述測試結(jié)果，說明本發(fā)明所述的鋸齒界面約束阻尼道床，基于合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，與現(xiàn)有平板型結(jié)構(gòu)道床相比，質(zhì)量下降，降低了道床的自重；比表面積增加，鋸齒界面約束阻尼道床耗能能力增加，結(jié)構(gòu)振動減小，因此實現(xiàn)了良好的減振降噪效果。