具有周期性结构特征的轨道板及轨道板减振系统

摘要

一种具有周期性结构特征的轨道板，所述轨道板由若干层周期子结构相互叠合而成；相邻的周期子结构的组成材料不同，各层周期子结构的厚度尺寸依据轨道高度和减振效果要求而确定，通过弹性波带隙原理实现减振。所述各层周期子结构的厚度尺寸相同；各层周期子结构的厚度尺寸与所关注振动波长一致以提高减振效果，通过弹性波带隙原理实现减振。一种具有周期性结构特征的轨道板减振系统，包括所述的轨道板、扣件系统、钢轨、底座、CAM砂浆层和凸台；所述钢轨通过扣件系统固定在轨道板上；所述轨道板通过CAM砂浆层置于底座上，且沿线路延伸方向连续铺设。所述轨道板减振系统可用于城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路中。本发明有助于城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路减振降噪控制，同时具有结构形式简单，施工及维护方便灵活的优点。

权利要求

1.一种具有周期性结构特征的轨道板，其特征在于：所述轨道板由若干层周期子结构

相互叠合而成；相邻的周期子结构的组成材料不同，各层周期子结构的厚度尺寸依据轨道高度和减振效果要求而确定，通过弹性波带隙原理实现减振；所述轨道板在长度方向或宽度方向、或长度方向与宽度方向同时设置若干周期从结构，所述周期从结构在纵向长度和横向宽度方向上呈现一定等间隔周期布置，所述周期从结构由填充体组合或穿孔而成一个整体；

所述各层周期子结构的厚度尺寸相同，以形成相等间隔2层周期、3层周期或者多层周

期结构；各层周期子结构的厚度尺寸与所关注振动波长一致以提高减振效果；所述轨道板的横截面形状包括矩形；所述周期从结构在长度和宽度范围内的结构个数都应该大于3；所述周期从结构的结构尺寸小于轨道板尺寸的1/10，周期从结构的厚度与轨道板平齐，所述填充体包括柱状填充体和圆锥状填充体；轨道需要减振的波的波长越短，所述周期从结构在单位长度、宽度和厚度尺寸范围内的数量越多；所述周期子结构和周期从结构的材料可为钢筋混凝土、橡胶或金属材料。

2.一种具有周期性结构特征的轨道板减振系统，其特征在于：包括权利要求1所述的轨道板（1）、扣件系统（2）、钢轨（3）、底座（4）、CAM砂浆层（5）和凸台（6）；所述钢轨（3）通过扣件系统（2）固定在轨道板（1）上；所述轨道板（1）通过CAM砂浆层（5）置于底座（4）上，且沿线路延伸方向连续铺设。

3.权利要求2所述的具有周期性结构特征的轨道板减振系统在城市轨道交通、高速铁

路、重载铁路和普通铁路中的应用。

说明书

具有周期性结构特征的轨道板及轨道板减振系统

技术领域

[0001] 本发明属于轨道交通技术领域，涉及铁路轨道结构，尤其是适用于城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路的一种减振型无砟轨道结构。

背景技术

[0002] 随着轨道交通的快速发展，其引起的振动问题日益凸显。轨道结构既是振源，又是重要传播途径之一，其减振能力会直接影响最终的轨道交通周围环境的振动响应。

[0003] 现有轨道结构减振措施主要围绕降低部件刚度和增大部件阻尼两个方面，然而其在实际应用中会对列车运行的安全性、舒适性产生一定影响。对于扣件减振措施，资料表明，轨道减振器扣件及先锋型扣件在我国地铁中的应用并不理想，诱发了严重的钢轨波磨，而波磨加剧反而会引起轮轨的高频振动，导致车辆的共振。究其原因，降低扣件的刚度时，将大部分的振动能量与下部基础隔离，振动能量集中在钢轨上，对钢轨的损伤较大。并且若轨下基础较软，钢轨的振动位移甚至可以达到4～5mm，严重影响上部车辆的安全运行。对于浮置板轨道减振，其对于固有频率以上频段具有较好的减振性能，然而当荷载的频率低于浮置板结构的固有频率时，浮置板的减振性能是不理想的，甚至振动会被放大。此外，板下基础刚度降低，一方面增加轨面的垂向动位移，另一方面加大相邻轨道板的垂向位移差，引起轨面的不平顺，二者结合很容易造成上部列车脱轨，影响列车运行的安全性。

发明内容

[0004] 周期性结构是由其基本单元按照相同的方式堆积而成的一种结构形式，在固体物理学中，周期性结构具有对弹性波的衰减域特性，即带隙特性。当弹性波的频率落在衰减域(带隙)范围内时，波的传播将大大衰减。而弹性波的频率在衰减域(带隙)之外时，弹性波将能顺利地向前传播。

[0005] 受周期性结构带隙特性的启发，本发明提出一种轨道交通具有周期性结构特征的轨道板减振系统，通过合理设计几何参数和材料参数，能产生一定宽度的衰减域，并且能够覆盖各类振动的主频，从而使被保护或环境影响结构的整体振动极大衰减。相比其它减振形式，本发明的轨道板结构具有以下优势:

[0006] (1)利用周期结构本身的带隙特性减振，不需要附加其它结构。

[0007] (2)周期结构衰减域具有一定的宽度，而不是单一的频率。因此，周期结构能隔离一定频率范围内的振动，具备较高的综合减振性能。

[0008] 本发明的目的在于针对现有技术的不足与缺陷，提出一种轨道交通具有周期性结构特征的轨道板减振系统，其结构简单，不同于以往单纯依靠降低轨道结构部件刚度和增加阻尼的减振思路，通过改变轨道板自身的结构，在保证轨道结构的刚度足够高时，采用弹性波带隙原理实现减振目的，有助于城市轨道交通、高速铁路和重载铁路减振降噪控制、促进社会和谐发展，特别是适用于城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路的一种减振型无砟轨道结构。

[0009] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0010] 一种具有周期性结构特征的轨道板，所述轨道板由若干层周期子结构相互叠合而成；相邻的周期子结构的组成材料不同，各层周期子结构的厚度尺寸依据轨道高度和减振效果要求而确定，通过弹性波带隙原理实现减振。

[0011] 进一步，所述各层周期子结构的厚度尺寸相同，以形成相等间隔2层周期、3层周期或者多层周期结构；换言之，就是2层不同材料的板作为一个周期单元，或是3层不同材料的板作为一个周期单元，以此类推。

[0012] 各层周期子结构的厚度尺寸与所关注振动波长一致以提高减振效果。

[0013] 所述轨道板的横截面形状包括矩形。

[0014] 所述轨道板在长度方向或宽度方向、或长度方向与宽度方向同时设置若干周期从结构，所述周期从结构在纵向长度和横向宽度方向上呈现一定等间隔周期布置；优选的，所述周期从结构由填充体组合或穿孔而成一个整体；优选的，所述填充体包括柱状填充体和圆锥状填充体。

[0015] 所述周期从结构在长度和宽度范围内的结构个数都应该大于3；优选的，其结构尺寸小于轨道板尺寸的1/10；优选的，周期从结构厚度与轨道板平齐。

[0016] 轨道需要减振的波的波长越短，所述周期从结构在单位长度、宽度和厚度尺寸范围内的数量越多。

[0017] 所述周期子结构和周期从结构的材料可为钢筋混凝土、橡胶、合金材料或金属等材料。

[0018] 一种具有周期性结构特征的轨道板减振系统，包括上述的轨道板、扣件系统、钢轨、底座、CAM(Cement Asphalt Mortar)砂浆层和凸台；所述钢轨通过扣件系统固定在轨道板上；所述轨道板通过CAM砂浆层置于底座上，且沿线路延伸方向连续铺设。

[0019] 所述的具有周期性结构特征的轨道板减振系统在城市轨道交通、高速铁路、重载铁路和普通铁路中的应用。

[0020] 由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

[0021] ①通过改变轨道板的结构形式，利用周期性结构的带隙特性，在保证轨道板刚度以及不附加其它结构时，达到了减振效果；

[0022] ②采用结构减振的思路，降低了传统减振思路中对列车运行安全性和平稳性的隐患；

[0023] ③这种具有周期性结构特征的轨道板减振系统能隔离一定频率范围内的振动，具备较高的综合减振性能；

[0024] ④周期特征轨道板结构形式简单，施工及维护方便灵活。

附图说明

[0025] 图1为本发明包含周期性结构特征的轨道板的减振系统实施例——轨道板的厚度方向设置层状周期结构的轨道系统示意图。

[0026] 图2为图1所示实施例中——轨道板的厚度方向设置层状周期结构的轨道系统的左视图。

[0027] 图3为图1所示实施例中——轨道板的长度和宽度方向设置周期结构的轨道系统示意图。

[0028] 图4为图1所示实施例中——轨道板的长度和宽度方向设置周期结构的轨道系统的左视图。

[0029] 图5为本发明实施例中——具有周期性结构特征的轨道板的结构示意图。

[0030] 图中标记如下：1-周期性轨道板，2-扣件系统，3-钢轨，4-底座，5-CAM砂浆层，6-凸台，7-第一周期子结构，8-第二周期子结构，9-孔洞，10-填充体。

具体实施方式

[0031] 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

[0032] 请参阅图1-3，本发明包括：一种轨道交通具有周期性结构特征的轨道板减振系统，它包括具有周期性结构特征的轨道板1，轨道板1包括等间隔的第一周期子结构7和第二周期子结构8，两者叠合而成；底座4、CAM砂浆层5和凸台6；轨道板1通过CAM砂浆层5置于底座4上，且沿线路延伸方向连续铺设。

[0033] 轨道板1通过凸台6可实现轨道结构横向与纵向多限位约束。

[0034] 实施例1：轨道板1在厚度范围内设置有若干层状间隔周期性子结构，轨道板1包括第一周期子结构7和第二周期子结构8，而第一周期子结构7和第二周期子结构8其结构尺寸相同或相近，而组成材料不同，作为优选，第一周期子结构7和第二周期子结构8的材料可以为混凝土，橡胶和金属等，如图1-图2所示。

[0035] 轨道板1的第一周期子结构7和第二周期子结构8的厚度尺寸设计要考虑轨道高度和减振效果等因素，作为优选，取第一周期子结构7和第二周期子结构8的厚度尺寸与所关注振动波长一致，减振效果显著。

[0036] 轨道板1其厚度方向横截面形状可为若干矩形平板以及具有任何形状板壳结构叠合而成作为优选，取矩形层状薄板，其减振效果好，施工难度低。

[0037] 周期性轨道板1可以根据减振需要形成间隔2层周期、3层周期或者多层周期结构。

[0038] 换言之，周期性轨道板1进一步还可以包括第三周期子结构、第四周期子结构等更多子结构，各子结构的结构尺寸完全相同或相近，只要使得相邻的两个子结构之间组成材料完全不同即可，同样的，作为优选，各子结构材料可以为混凝土，橡胶和金属等，如图1-图2所示。

[0039] 实施例2：所述周期性轨道板1也可在长度方向、宽度方向、或长度方向和宽度方向同时设置一些周期从结构，所述的这些周期从结构包括孔洞9和填充体10，所述的这些孔洞必须是相同结构尺寸、相同规律分布，各个方向上等间距，同时也可考虑在这些孔洞9中设置若干柱状体或锥状体以及其它形状的填充体10，之后与周期性轨道板1叠合成一个整体，在长度纵向和宽度横向上呈现一定等间隔周期布置，如图3-图5所示。作为优选，除了柱状周期性从结构9的形式之外，还可以采用圆锥状周期性从结构，正圆锥和倒圆锥均可，其减振效果好，施工难度低。

[0040] 所述周期性轨道板1的周期从结构的孔洞9和填充体10在长度和宽度范围内的结构个数都应该大于3，其结构尺寸小于轨道板1的1/10，其减振效果显著；为了施工和养护维修方便，周期从结构厚度应与轨道板1平齐。

[0041] 轨道需要减振的波的波长越短，所述的周期性轨道板1的周期从结构的孔洞9和填充体10在一定长度、宽度和厚度尺寸范围内周期数越多。

[0042] 所述周期性轨道板1的周期子结构和周期从结构可采用混凝土板、硬质橡胶板、合金材料板或金属板等材料组成。

[0043] 具体应用时，钢轨3通过扣件系统2固定在连续铺设的周期性轨道板1上。

[0044] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。