CN1297712C - 浮置道床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路的轨道结构，它包括浮置板和弹簧隔振器，浮置板弹性地支承于弹簧隔振器上。本发明克服了现有技术中橡胶浮置板等仅能满足低中档减振要求且结构复杂等缺陷，满足了中高档的减振要求，本发明不仅结构简单，而且提高了***的稳定性，增强了行车安全。

Description

浮置道床

                         技术领域

本发明属于铁路道床，尤其是涉及一种铁路的轨道结构，具体可以是铁路、地铁、城市铁路、高架轻轨、高速铁路等。

                         背景技术

传统的铁路或城市铁路轨道结构，当线路与地面建筑物的距离较近时，会对其产生较大的振动和噪声影响。振动和和噪声主要由于轮轨的不平顺和相对运动产生，其中噪声通过空气介质传播到建筑物中(称为一次噪声)，而振动则通过轨道-道床-隧道壁-地基，或者轨道-道床-桥梁-桥墩-地基传到建筑物上，再通过建筑结构本身的耦合放大而激发出楼板的低频振动，振动源中没有衰减掉的高频成分则通过墙壁、地板和天花板发出的二次噪声。这种振动和噪声都会对人构成不良影响。

根据上述认识，世界各国陆续开发出了各式各样的减振降噪措施，例如用隔声屏来吸收隔离一次噪音，用各式各样弹性扣件和道床型式来控制振动和二次噪声，比较著名的例如有科隆蛋和弹性套靴。

科隆蛋和弹性套靴可以满足5-8分贝的低档减振要求(指***损失，下同)，但科隆蛋的横向刚度较低，不适于曲线段；如橡胶工艺或材质不好还会造成橡胶圈脱落，影响行车安全；弹性套靴容易进水和灰尘，不易检修更换。

橡胶浮置板可以满足8-15分贝的中档减振要求，一般由浮置板和橡胶支承块或叠层钢板橡胶支承块组成，浮置板通常由混凝土预制而成，长度较短。橡胶浮置板具有如下缺点：橡胶支承块或叠层钢板橡胶支承块各向刚度相互制约，横向刚度低，不能满足道床的横向稳定性要求，因此除垂向支承的橡胶支承块外，还需横向支承的橡胶支承块，结构复杂；橡胶支承块隐藏于浮置板下面，很难调平、检修和更换，尤其是无法从浮置道床侧面或顶面检修；浮置板长度有限，容易发生共振，加上橡胶本身阻尼太小，不能吸收浮置板的振动能量，致使浮置板振动加大，橡胶浮置板隔振地段车内振动和噪声明显提高，钢轨摩擦加剧；橡胶对材料和工艺要求高，易老化，寿命有限，更换橡胶支承块对列车运营和市民的出行影响较大。

对于更高的减振要求，即减振效果15分贝-40分贝之间的高档减振要求，橡胶浮置板或技术上难以实现，或经济性较差。

                         发明内容

为了克服上述缺陷，满足中高档的减振要求，本发明提出了一种新的浮置道床***。

本发明的浮置道床***包括浮置板和弹簧隔振器，浮置板弹性地支承于弹簧隔振器上，弹簧隔振器由弹簧和弹簧壳体构成，弹簧置于弹簧壳体之中，弹簧的至少部分表面设有约束阻尼，或者弹簧至少局部嵌入阻尼材料之中。

具体实现方式为：其一，弹簧隔振器的弹簧壳体带有密封结构，壳体内设有液体阻尼材料，弹簧下部浸在液体阻尼材料中；其二，弹簧的至少部分表面上设有约束阻尼，或者弹簧至少局部嵌入固体阻尼材料之中。

浮置板本身呈板状、框架形或梯子形，弹簧隔振器大致均匀地分布在浮置板两侧。弹簧隔振器与浮置板的位置关系至少可以有两种：一种是弹簧隔振器设置在浮置板的下方，支承在浮置板的外侧底面上，可称之为外置式；另一种是弹簧隔振器设置在浮置板的预留通孔内，通孔的内壁上设置支承挡块，浮置板通过支承挡块支承于弹簧隔振器上，可称之为内置式。

支承挡块可以是浮置板预留通孔内壁上的混凝土构造，也可以是嵌入混凝土的金属预埋件，或者浮置板的通孔内嵌有联结套筒，再在联结套筒内壁上设置支承挡块，其中支承挡块可以预先与联结套筒焊接在一起，然后联结套筒与浮置板浇注成一体；支承挡块也可以是一个整体的挡环。

为了能够从浮置板上方顶升浮置板并调整浮置板的高度和水平度，在预留通孔内壁或联接套筒内壁上设置顶升挡块，并在弹簧隔振器与支承挡块之间设置垫片，垫片的中央留有顶升通孔，通过调整垫片的总厚度可以调节浮置板的高度和倾斜度；支承挡块也可以是一个整体的挡环。

垫片结构简单，传力大，牢固可靠，但不能无级调高，为此本发明提供了另一种可以无级调高的调节机构，即在弹簧隔振器与支承挡块之间设置调节螺栓和调节支承板，浮置板通过支承挡块、调节支承板和调节螺栓支承于弹簧隔振器上。其中又分为螺母上置式和螺母下置式两种形式：螺母上置式即螺母设置或固定于调节支承板上，螺母下置式即螺母设置或固定于于弹簧隔振器上。

支承挡块开口及形状与弹簧隔振器的弹簧壳体上顶面、垫片或调节支承板的大小相容，并可错位交叠，即从开口上方将弹簧隔振器、垫片或调节支承板放入支承挡块下方后，将隔振器、垫片或调节支承板绕竖轴旋转一定角度，支承挡块与弹簧壳体上顶面、垫片或调节支承板错位交叠。

每块浮置板的长度一般为10-60米，通常由混凝土现浇或预制而成，也可以由混凝土和钢结构结合而成；当浮置板为预制时，可以由多块预制的子板纵向联接构成一块较长的浮置板，子板的端面为粗糙平面或设有凹凸配合，子板与子板之间用阻尼材料、弹性材料或混凝土填充并形成联接；子板与子板可以在纵断面凹凸配合，也可以俯视断面上设凹凸配合，也可以同时在两个方向设凹凸配合。

更长的浮置道床可以由多块浮置板纵向对接而成；为了允许浮置板热胀冷缩，板与板之间留有热胀冷缩间隙；为了板与板之间能够在垂向和横向协同受力，相邻浮置板通过连接器连接；所述连接器包括连接杆和滑动套筒，它们之间形成轴向滑动配合，径向相互约束，连接杆和滑动套筒分别固定于相邻浮置板上或预埋于相邻浮置板中。

为了保证浮置道床段与相邻道床(如固定道床)之间的平稳过渡，与其它道床相邻的浮置板在单位长度的平均刚度至少在垂直方向逐渐过渡到与相邻道床相近的刚度，其可以由同等刚度但不同排列密度的弹簧隔振器实现，或者由不同刚度但同等排列密度的弹簧隔振器实现。

为了防止隔振器水平移位，在弹簧隔振器的上下表面设有联接装置，该装置与浮置板和基础分别连结，其为螺栓，或者凹凸结构。

为了增强道床***或浮置板本身的阻尼，抑制共振，减少浮置板本身的振动和噪声，在浮置板上设置阻尼元件或约束阻尼结构。

根据结构动力学和隔振原理，在振动传播链中间某一环节加入弹性元件，降低***固有频率，就可以隔离***固有频率1.4倍以上的干扰频率，干扰频率与固有频率之比越高，干扰振动就被隔离得越彻底，振动没有了，固体声也就不会产生；阻尼的作用则是抑制***共振和结构本身的共振，使***受干扰后很快趋于稳定。因此隔振***固有频率越低，隔振效果越高，这就要求***质量越大越好，弹簧弹性越高越好。但实践中***质量和弹簧弹性在不同的节点都有制约范围，不能随意扩大或减小，如对于轨下垫板、科隆蛋和弹性套靴，钢轨和轮对参振质量已定，只能增大支承弹性，但弹性过大会导致钢轨变形过大，横向刚度偏低，影响行车安全；至今的橡胶浮置板，其垂向弹性、横向刚度和质量相互制约，无法设计出既结构简单、经济可行，又能满足中高档减振要求的***。

本发明浮置道床采用的弹簧隔振器，浮置道床具有很好的各向稳定性和弹性，无需横向支承，结构简单；弹簧隔振器从浮置板侧面或顶面就可调平、检修和更换，十分方便；浮置板长度可以根据需要设计，可以避开共振频率；浮置板采用阻尼结构，能提高浮置板本身的结构阻尼，抑制浮置板本身的结构振动和噪声；浮置板上设置阻尼元件或弹簧隔振器内集成阻尼结构，能吸收浮置板的结构振动能量和刚体振动能量，提高浮置道床的***稳定性，提高行车安全和道床的抗震安全。所述弹簧具有很高的弹性及很宽的弹性范围供设计选择，既可以设计出结构简单、满足中档减振要求的浮置道床替代橡胶浮置板，也可以设计出满足高档减振要求的的浮置道床。

                         附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1的横断面图；

图3是图2的局部放大示意图；

图4是图3密封防尘盖打开时的俯视图；

图5是本发明实施例2的结构示意图；

图6是图5的横断面图；

图7是图5的A-A剖面局部放大示意图；

图8是本发明实施例3的结构示意图；

图9是图8的横断面图；

图10是图9的局部放大示意图之一；

图11是图9的局部放大示意图之二；

图12是实施例4的结构示意图；

图13是图12的局部横断面图；

图14是实施例5的结构示意图；

图15是图14的A-A剖面图；

图16是实施例6的结构示意图；

图17是图16的俯视图；

图18是实施例7的结构示意图；

图19是图18的俯视图；

图20是实施例8的结构示意图；

图21是图20的纵断面图。

1、浮置板，1a为板式，1b为凸台式，1c为梯子式，1d为框架式；2、弹簧隔振器；3、联结套筒，3a为顶升挡块；4支承挡块；5、弹簧壳体，5a为上顶板，5b为下底板，5c为密封体，5d为防滑垫；6、弹簧，6a为螺旋弹簧，6b为碟簧，6c为橡胶金属复合弹簧；7、阻尼，7a为液体阻尼，7b为固体阻尼，7c为阻尼芯，7d为约束阻尼套；8、垫片；9、调节螺栓，9a为螺柱，9b为调节支承板；10、约束阻尼；11、横联杆；12、连接器，12a连接杆，12b滑动套筒，12c底座；13、金属板；14、橡胶；15、锚固螺栓；16、钢轨。

                         具体实施方式

实施例1：

如图1、图2、图3、图4所示，浮置板1a为板状，由混凝土现场浇注而成，在浮置板对应钢轨外侧位置均匀地分布两排通孔；通孔内预埋有联结套筒3，其内壁上焊接有支承挡块4，浮置板1a通过支承挡块4弹性地支承于弹簧隔振器2上，构成内置式浮置道床。

联结套筒3和弹簧隔振器2的内部结构如图3所示，包括螺旋弹簧6a和弹簧壳体5，弹簧壳体5由上下两个弹簧套筒组成，其中上套筒设有一可传递弹簧支承力的上顶板5a，下套筒设有下底板5b，两者均为钢焊接件，由一柔性密封圈5c密封并联接为一体；弹簧套筒内设有液体阻尼7a，此处为高粘度的甲基硅油，螺旋弹簧6a固定于弹簧套筒内，弹簧的下部浸入液体阻尼7a内；下底板5b的底面设有摩擦系数很高的防滑垫板5d，防止弹簧隔振器水平方向移位。

为了能够从浮置板上方顶升浮置板并调整浮置板的高度和水平度，在联接套筒内壁上设置顶升挡块3a，并在弹簧隔振器的上顶板5a与支承挡块4之间设置垫片8，垫片的中央留有顶升通孔，通过调整垫片的总厚度可以调节浮置板的高度和倾斜度。联接套筒还设有密封防尘盖，其固定于顶升挡块3a上。

参见图4，支承挡块4开口形状与弹簧隔振器的上顶板5a和垫片8的形状均为正方形，且大小相容，从开口上方将弹簧隔振器和垫片依次放入支承挡块下方后，将隔振器和垫片绕竖轴旋转一定角度，支承挡块与弹簧隔振器的上顶板5a、垫片8错位交叠。

为了抑制浮置板本身的结构振动和噪声，在浮置板的上下表面部分地设有约束阻尼结构10，其由一层1-3毫米厚的高阻尼粘弹性聚氨酯阻尼层和一2-5毫米厚的钢板相互粘结构成。当浮置板受轨道的振动激发产生振动变形时，由于约束钢板与浮置板变形不一致，强迫阻尼材料层发生以剪切为主的变形，因所述阻尼材料的具有很高的损耗因子，可将大部分振动能量转化为热量消耗吸收，从而能提高浮置板的结构阻尼，抑制结构共振。

实际使用时，列车钢轨所承受的静动载荷传递到浮置板1a上，浮置板1a再通过支承挡块4、垫片8和上顶板5a传递给螺旋弹簧6a，由浮置板、弹簧和阻尼构成一个固有频率较低的隔振***，将传递到浮置板上的中高频动载荷隔离。

由于螺旋弹簧在各个方向的弹性和承载能力可根据需要任意设计，所以既可以设计出满足中档减振要求的浮置道床替代橡胶浮置板，也可以设计出满足高档减振要求的浮置道床。

浮置道床一般要求横向刚度低于其垂向刚度，以保持道床的横向稳定性，由于螺旋弹簧在各个方向都具有很好的弹性，而且其横向刚度与垂向刚度之比也可以根据要求任意设计，所以浮置道床具有很好的各向稳定性，无需横向支承，结构简单；内置式浮置道床从浮置板顶面就可调平、检修和更换，十分方便；浮置板因为现场浇筑，其长度可以根据需要设计，可以避开共振频率；浮置板采用阻尼结构，能提高浮置板本身的结构阻尼，抑制浮置板本身的结构振动和噪声；弹簧隔振器内集成有液体阻尼结构，能吸收浮置板的结构振动能量和刚体振动能量，提高浮置道床的***稳定性，提高行车安全和道床的抗震安全，还抑制了弹簧本身的固有振动。

实施例2：

如图5、图6、图7所示，与实施例1的差异在于，浮置板1b的下表面设有凸台，弹簧隔振器2支承于该凸台外侧凹处，形成外置式浮置板。弹簧隔振器基本与实施例1相近，弹簧壳体外形为长方体，由上下套筒组成并用橡胶密封联接，其内放置有两个螺旋弹簧6a，螺旋弹簧的上下端分别嵌入固体阻尼材料7b中，如浇注后可固化的高阻尼粘弹性聚氨酯，既为弹簧隔振器提供了阻尼，又起到了连接上下套筒的作用，所述固体阻尼与液体阻尼相比，不怕进水，仅从防水角度而言可以不设密封，甚至不设弹簧套筒。这种多弹簧的隔振器比单个弹簧的隔振器承载能力更大，性价比好，但体积也相应大，比较适用于外置式浮置板。

隔振器的顶部也设有垫片，用于调整浮置板的高度和水平。在使用时隔振器上下顶板分别与浮置板和基础用防滑垫板联接，防止弹簧隔振器水平方向移位。

外置式浮置板也无须额外的侧向支承，可以从侧面进行调平、检修和更换，十分方便。

实施例3：

如图8、图9、图10、图11所示，与实施例1相比，浮置板1c为梯子形，弹簧隔振器为外置式，由两条平行的现浇混凝土梁板和多个平行的横联杆11组成，此处为钢管，在混凝土梁板内的横联杆表面设有锚固筋，与混凝土梁板形成牢固联接，在混凝土梁板的上下表面及外侧面设有约束阻尼层10，其由一2-3毫米厚的高阻尼改性沥青层和一2-5毫米厚的钢板相互粘结构成。当混凝土梁板受轨道的振动激发产生振动变形时，由于约束钢板与混凝土梁板变形不一致，强迫阻尼材料层发生以剪切为主的变形，因所述阻尼材料的具有很高的损耗因子，可将大部分振动能量转化为热量消耗吸收，从而提高了混凝土梁板的结构阻尼。

弹簧隔振器与实施例1基本相近，隔振器中的弹簧为碟簧6b，由固体阻尼材料7b(此处为高阻尼橡胶)将碟簧和弹簧壳体联为一体，其上顶板5a与浮置板螺栓联接，下底板5b设有一定位孔，在安装使用时，基础上设有一锚固螺栓15，如膨胀螺栓，定位孔套在锚固螺栓的栓帽上，防止隔振器横向移位，道床安全稳定。由于碟簧具有足够的横向刚度，因此无需额外的横向支承；高阻尼橡胶和碟簧提供阻尼，吸收振动能量；高阻尼橡胶和碟簧共同承载，承载能力高；碟簧由高阻尼橡胶包裹，不怕进水，仅从防水角度而言可以不设密封，甚至不设弹簧套筒，结构简单、成本低。

隔振器中的弹簧也可以是橡胶金属复合弹簧，本例为金属夹层橡胶弹簧，见图11，它由多层橡胶14和多层金属板13交替叠置硫化联接而成；其形状可为多面柱体或圆柱体，其中心设有固体阻尼材料(如高阻尼聚氨酯)组成的阻尼芯7c；金属板13的横断面为折线状，当金属夹层橡胶弹簧水平方向受力时，橡胶层既受剪切又受压缩，刚度比受纯剪切时大，通过合理的角度设计，以及金属板和橡胶层的厚度比设计，金属夹层橡胶弹簧可具有足够横向刚度，无需额外的横向支承，结构简单；橡胶和阻尼芯可以提供阻尼，抑制共振。

本实施例中金属夹层橡胶弹簧也适用于其它实施例，而且橡胶也可以用弹性聚氨酯等高分子材料替代。

实施例4：

如图12、图13、所示，本实施例与实施例1基本相同，区别在于：浮置板1d为框架形，调高机构为调节螺栓9；调节螺栓为螺母上置式，由螺柱9a和调节支承板9b构成，两者之间螺纹配合，浮置板1d通过支承挡块4、调节支承板9b和调节螺栓9a支承于弹簧隔振器的上顶板5a上。调节浮置板1d的高度和水平度时，旋转螺柱9a即可做到无级调高。为了防止螺柱松动，螺柱上还可设防松螺母。

与实施例1的另一区别是省去联接套筒，在浮置板预留通孔内壁上直接预埋嵌入支承挡块4，支承挡块4可以是一个整体的挡环，也可以是两个以上基本中心对称布置的杆状金属体，本结构简单，成本低。

弹簧隔振器中的弹簧丝表面设有约束阻尼套7d，既抑制了弹簧本身的固有振动，又为弹簧隔振器提供了阻尼，提高了浮置道床的***阻尼比，提高了道床稳定性和行车安全。

实施例5：

如图14、图15所示，浮置板由多块混凝土预制的子板拼接而成，其纵向端面设有凹凸配合，并且对接表面为粗糙表面，子板与子板之间用固体阻尼材料7b(如高阻尼改性沥青)填充并形成联接。该子板的形状可以是板状，也可以是框架形或梯子形。

本实施例由于采用预制子板，施工速度快，适合大规模采用；其纵向端面设有凹凸配合，板与板安装时容易对齐；由于子板与子板之间的间隙用阻尼材料填充并形成联接，使得相邻子板之间能协同受力，子板间的振动能量传递被阻尼材料阻隔，振动能量被阻尼材料吸收，因此拼接而成的浮置板具有很好的阻尼特性，浮置板本身的振动和噪声将大幅衰减。如果弹簧隔振器内同时设有阻尼结构，浮置道床将具有较高的***阻尼比，可以保证道床稳定性和行车安全。

实施例6

如图16、图17所示，浮置道床一般由多块浮置板纵向排列对接组成，板与板之间留有热胀伸缩间隙，并通过连接器连接，一个接头处一般设3-5个连接器。本实施例展示了浮置板与浮置板的接头和连接器；连接器包括连接杆12a和滑动套筒12b，连接杆由抗弯抗剪的钢棒制成，分为固定段和滑动段，连接杆滑动段与滑动套筒之间形成轴向滑动配合，但径向相互约束。连接杆固定段和滑动套筒外表面分别设锚固筋，并预埋于相邻浮置板的端部。

采用连接器后，当列车由上一浮置板向下一浮置板过渡时，由于连接器在垂向有很高的连接刚度，两浮置板之间的相对位移很小，避免了浮置板错位对钢轨16的弯曲和剪切，提高了列车的运行的平稳性和安全性。

实施例7：

如图18、图19所示，本实施例展示了另外一种结构的连接器12，本连接器的连接杆12a的固定段和滑动套筒12b分别固定于各自的底座12c，底座与相邻浮置板分别螺栓固定联接。与上一实施例相比，本连接器置于浮置板之上，检修或更换方便。

实施例8：

参见图20、图21，本实施例展示了浮置道床段与相邻道床的接头处，相邻道床为固定道床，为了浮置道床与固定道床间的平稳过渡，采用同等刚度的弹簧隔振器，但在纵向单位长度的排列密度的逐渐加大，直至浮置道床在单位长度的平均刚度在垂直方向与相邻的固定道床相近。

这样当列车驶离浮置道床段时，其垂向刚度是渐变，不是突变，浮置板与相邻道床间的相对位移很小，避免了对钢轨16的弯曲和剪切，提高了列车的运行的平稳性和安全性。

浮置道床段与相邻道床过渡的另一种处理方式，是弹簧隔振器等密度排列，但弹簧隔振器的垂向刚度逐渐变化。为此弹簧隔振器的弹簧可选碟簧，由碟簧的不同数量和叠合方式，可以方便地组合出具有不同的垂向刚度的弹簧隔振器。

Claims (14)

1、一种浮置道床，包括浮置板和弹簧隔振器，浮置板弹性地支承于弹簧隔振器上，弹簧隔振器由弹簧和弹簧壳体构成，弹簧置于弹簧壳体之中，其特征在于弹簧的至少部分表面设有约束阻尼，或者弹簧至少局部嵌入阻尼材料之中。

2、根据权利要求1所述的浮置道床，其特征在于弹簧至少局部嵌入固体阻尼材料之中。

3、根据权利要求1所述的浮置道床，其特征在于弹簧壳体上设置密封结构，弹簧壳体中设置液体阻尼材料，弹簧下部浸在液体阻尼材料中。

4、根据权利要求1所述的浮置道床，其特征在于弹簧隔振器设置在浮置板的预留通孔内，通孔的内壁上设置支承挡块，或者通孔内嵌有联结套筒，支承挡块再固定在联结套筒内壁上，浮置板通过支承挡块支承于弹簧隔振器上。

5、根据权利要求4所述的浮置道床，其特征在于在预留通孔内壁或连接套筒内壁上设置顶升挡块，并在弹簧隔振器与支承挡块之间设置垫片，垫片的中央留有顶升通孔。

6、根据权利要求4所述的浮置道床，其特征在于在弹簧隔振器与支承挡块之间设置可以调节两者之间间距的调节螺栓和调节支承板。

7、根据权利要求5或6所述的浮置道床，其特征在于支承档块和顶升挡块的开口及形状与弹簧壳体上顶面、垫片或调节支承板的大小相容，并可错位交叠。

8、根据权利要求1所述的浮置道床，其特征在于浮置板为板状、框架形或梯子形，弹簧隔振器均匀分布于浮置板两侧，弹簧隔振器设置在浮置板的下方，支承在浮置板的外侧底面上。

9、根据权利要求8所述的浮置道床，其特征在于其由多块浮置板纵向对接而成，板与板之间留有热胀伸缩间隙，并通过连接器连接。

10、根据权利要求9所述的浮置道床，其特征在于所述连接器包括连接杆和滑动套筒，它们之间形成轴向滑动配合，径向相互约束，连接杆和滑动套筒分别固定于相邻浮置板上或预埋于相邻浮置板中。

11、根据权利要求8所述的浮置道床，其特征在于所述浮置板由多块预制的子板构成，其端面为粗糙表面或设有凹凸配合，子板与子板之间的间隙用阻尼材料、弹性材料或混凝土填充并形成联接。

12、根据权利要求8所述的浮置道床，其特征在于与其它道床相邻的浮置板内的弹簧隔振器，其刚度相同但排列密度不同，向端部方向密度逐渐增大或减小；或者刚度不同但排列密度相同，向端部方向刚度逐渐增大或减小。

13、根据权利要求1所述的浮置道床，其特征弹簧隔振器的上下表面设有防止其水平移位的联接装置，该联接装置上下分别与浮置板和基础联结，联接装置为螺栓，或者凹凸结构。

14、根据权利要求1所述的浮置道床，其特征在于浮置板上设有阻尼元件或约束阻尼结构。

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