[發明專利]一種基于彈性波禁帶理論的周期結構鐵路軌道板

在審

• 申請號: 202110049412.4
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112900159A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 曹志剛;馬力;蔡袁強
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: E01B1/00
• 分類號: E01B1/00;E01B19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明提供一種基于彈性波禁帶理論的周期結構鐵路軌道板，所述周期結構鐵路軌道板中周期性排布設置球形空腔，空腔內填充外表面設有負質量軟包覆材料的鋼球。上述所設計的周期結構軌道板可以隔絕低頻振動傳播，使得列車運行產生的振動被阻斷。本發明利用周期結構的禁帶理論，提出了適合隔離低頻振動的周期結構軌道板，并同時設計了應用于鐵路軌道板的周期結構和材料。在實際應用時，該周期結構軌道板將上部鐵路移動荷載傳遞下來的振動能量耗散在周期結構的負質量軟包覆材料中，阻斷上部振動傳入地基，進而實現了鐵路軌道隔振。

本發明涉及鐵路軌道隔振領域，特別地，涉及一種基于彈性波禁帶理論的周期結構鐵路軌道板。

背景技術

鐵路的運行在便捷人們出行的同時極大地影響了周邊建構筑物的安全，鐵路產生的振動對地基以及周圍居民都具有極大的危害，因此隔離鐵路運行產生的振動極其重要。

目前較為常見的是在振源處進行隔振，德國發明了鋼彈簧浮置板軌道，依靠浮置板和鋼彈簧的慣性進行隔振。這種方法有很大的改進空間。專利CN110528340A公開了一種聲子晶體隔振器，利用這種隔振器取代鋼彈簧，利用聲子晶體的禁帶理論增強隔振效果。但該裝置依然利用隔振器進行隔振，其對于隔離地鐵產生振動的效果依然有限。

因此，目前在鐵路軌道隔振領域急需一種可以有效隔離鐵路振動的方法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于彈性波禁帶理論的周期結構鐵路軌道板，在保證其正常承載能力的同時，這種軌道板被整體周期化。依據周期結構禁帶理論，鐵路產生的禁帶內的振動都會被耗散在周期結構軌道板內，只有少量禁帶外的振動傳入了地基，這種軌道板對于鐵路運行產生的振動具有極大的減振效果。

本發明采用的技術方案是：

一種基于彈性波禁帶理論的周期結構鐵路軌道板，所述周期結構鐵路軌道板中周期性排布設置球形空腔，空腔內填充外表面設有負質量軟包覆材料的鋼球。其中外表面設有軟包覆材料的鋼球外徑與球形空腔內徑相等。其中，球形空腔半徑R，軟包覆材料的厚度d以及沿軌道板深度和寬度方向的周期性排布距離L根據彈性波禁帶理論計算確定，其確定標準為理論計算中周期結構禁帶低于鐵路振動頻率。

進一步地，地鐵的鐵路振動頻率在100Hz以內，地鐵的鐵路振動頻率在50Hz以內。

進一步地，所述的負質量軟包覆材料為橡膠；

進一步地，L＝5cm、R＝3cm、d＝0.5cm。

進一步地，沿軌道板長度方向的周期性排布距離L1為0.5m。

本發明利用周期結構的禁帶理論，提出了適合隔離低頻振動的周期結構軌道板，并同時設計了應用于鐵路軌道板的周期結構和材料。在實際應用時，該周期結構軌道板將上部鐵路移動荷載傳遞下來的振動能量耗散在周期結構的負質量軟包覆材料中，阻斷上部振動傳入地基，進而實現了鐵路軌道隔振。

本發明的有益效果是：

1.本發明設計的軌道板可以隔離鐵路運行產生的低頻振動。

2.本發明設計的軌道板并不會影響其正常承載能力，但隔振效果更優。

3.本發明設計的軌道板無需借助施工復雜的隔振器。

附圖說明

圖1周期結構軌道板示意圖；

圖2周期結構軌道板的頻散曲線；

圖3周期結構軌道板隔振效果；

圖4基于周期結構理論的地鐵軌道綜合示意圖；

圖5周期結構單元；