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網(wǎng)格界面組合結(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?yàn)榱熊嚨牟粩鄾_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(diǎn)：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(shí)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(shí)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(shí)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(hù)、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(shí)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(shí)踐指導(dǎo)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，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網(wǎng)格形界面，所述網(wǎng)格形界面由多個有序排布的凸起的網(wǎng)格單元組成，且相鄰兩層的網(wǎng)格單元互相匹配；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，所述網(wǎng)格單元的形狀為圓形、正三角形或正方形，所述網(wǎng)格單元最寬處的尺寸為300-400mm，即所述圓形網(wǎng)格單元的直徑為300～400mm；所述正三角形的邊長為300～400mm；所述正方形的邊長為300～400mm。所述網(wǎng)格單元的凸起高度為90～110mm，所述網(wǎng)格單元之間的距離為300～400mm。

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。

地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：在網(wǎng)格表面模板上澆筑混凝土基層，并使其約束界面為網(wǎng)格狀；

(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網(wǎng)格界面約束阻尼道床。

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(shí)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)和網(wǎng)格狀界面約束阻尼結(jié)構(gòu)(本發(fā)明)進(jìn)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(shí)體八個節(jié)點(diǎn)單元，每個節(jié)點(diǎn)具有xyz三個平動自由度，材料特性為各項(xiàng)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1 ANSYS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(jìn)行優(yōu)化，將道床約束界面設(shè)計(jì)成網(wǎng)格狀，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(diǎn)，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(jì)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(diǎn)，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(qiáng)材料之間的剪切力，進(jìn)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(shí)效性問題。

附圖說明

圖1為網(wǎng)格狀道床實(shí)施例3和實(shí)施例5中混凝土基層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為網(wǎng)格狀道床的中間層結(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(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1：

地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，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網(wǎng)格形，且相鄰兩層的網(wǎng)格互相匹配；所述網(wǎng)格形界面由多個有序排布的凸起的網(wǎng)格單元組成，且相鄰兩層的網(wǎng)格單元互相匹配；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，所述網(wǎng)格單元的形狀為圓形，所述圓形網(wǎng)格單元的直徑為300mm；所述網(wǎng)格單元的凸起高度為100mm，所述網(wǎng)格單元之間的距離為400mm。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3kg/m²，所述金剛砂的粒徑為2.0mm。

地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

(1)基層：在網(wǎng)格表面模板上澆筑混凝土基層，并使其約束界面為網(wǎng)格狀；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網(wǎng)格界面約束阻尼道床。

對平板型結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例的網(wǎng)格形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進(jìn)行模擬檢測，結(jié)果見表2。

表2實(shí)施例1兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計(jì)算

實(shí)施例2：

與實(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為64的環(huán)氧樹脂層。所述網(wǎng)格單元的形狀為正三角形，所述正三角形的邊長為350mm；所述網(wǎng)格單元的凸起高度為110mm，所述網(wǎng)格單元之間的距離為300mm。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4kg/m²，所述金剛砂的粒徑為1.6mm。

與實(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的網(wǎng)格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(shí)施例的網(wǎng)格形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進(jìn)行模擬檢測，結(jié)果如表3所示。

表3實(shí)施例2兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計(jì)算

實(shí)施例3：

與實(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為66的環(huán)氧樹脂層。所述網(wǎng)格單元的形狀為正方形，所述正方形的邊長為400mm；所述網(wǎng)格單元的凸起高度為90mm，所述網(wǎng)格單元之間的距離為350mm。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(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的網(wǎng)格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(shí)施例的網(wǎng)格形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進(jìn)行模擬檢測，結(jié)果如表4所示。

表4實(shí)施例3兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計(jì)算

實(shí)施例4：

與實(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為65的環(huán)氧樹脂層。所述網(wǎng)格單元的形狀為圓形，所述圓形網(wǎng)格單元的直徑為330mm；所述網(wǎng)格單元的凸起高度為105mm，所述網(wǎng)格單元之間的距離為380mm。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(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的網(wǎng)格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(shí)施例的網(wǎng)格形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進(jìn)行模擬檢測，結(jié)果如表5所示。

表5實(shí)施例4兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計(jì)算

實(shí)施例5：

與實(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為65的環(huán)氧樹脂層。所述網(wǎng)格單元的形狀為正方形，所述正方形的邊長為380mm；所述網(wǎng)格單元的凸起高度為95mm，所述網(wǎng)格單元之間的距離為320mm。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(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的網(wǎng)格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(shí)施例的網(wǎng)格形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進(jìn)行模擬檢測，結(jié)果如表6所示。

表6實(shí)施例5兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計(jì)算

實(shí)施例6：

與實(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，所述硬夾層為邵氏D硬度為65的環(huán)氧樹脂層。所述網(wǎng)格單元的形狀為正三角形，所述正三角形的邊長為360mm；所述網(wǎng)格單元的凸起高度為100mm，所述網(wǎng)格單元之間的距離為340mm。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(shí)施例1不同的是，地鐵減振降噪的網(wǎng)格界面約束阻尼道床的制備方法，包括以下步驟：

地鐵減振降噪的網(wǎng)格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(shí)施例的網(wǎng)格形道床結(jié)構(gòu)的減振降噪效果進(jìn)行模擬檢測，結(jié)果如表6所示。

表7實(shí)施例6兩種結(jié)構(gòu)各階模態(tài)數(shù)值計(jì)算

對表2～7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)與網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)前五階的固有頻率和損耗因子變化趨勢相同，并且網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的各階固有頻率普遍比平板型結(jié)構(gòu)大，這是因?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)的總厚度相同，且標(biāo)準(zhǔn)砂漿的密度為中間層材料密度的兩倍多，導(dǎo)致網(wǎng)格狀結(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)網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的各階損耗因子比平板型的明顯大0.35左右，主要是因?yàn)榫W(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的比表面積增大，更能充分利用材料的的剪切耗能，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)明所述的網(wǎng)格界面約束阻尼道床，基于合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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，網(wǎng)格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(shí)現(xiàn)了良好的減振降噪效果。