[实用新型]一种基于局域共振机理的桥墩/桩基柱壳隔振结构

说明书

一种基于局域共振机理的桥墩/桩基柱壳隔振结构，包括混凝土外保护层（1）、混凝土盖板（5）、混凝土底座（6）和局域共振型隔振组件；所述隔振结构为紧密包裹在桥墩或桩基（2）外部的圆环柱壳结构。在圆环柱壳结构内设置了局域共振型隔振组件；局域共振型隔振组件包括橡胶基体（4）和嵌入基体内的金属柱状体（3）；所述橡胶基体4由废弃橡胶制品绞碎填充。本实用新型隔振组件结构简单且材料易获取，橡胶基体材料可以选用废弃轮胎；金属散射体可选用废弃钢材后加工制作，且隔振效果明显。本发明的最大隔振效果可达15dB左右。本实用新型隔振结构为双向隔振，可以减弱桥墩/桩基振动向周围土体的传播，也可以减少土体振动对桥墩的影响。

技术领域

本实用新型涉及一种基于局域共振机理的桥墩/桩基柱壳隔振结构，属桥梁桩体防振技术领域。

背景技术

随着高架轨道交通的快速发展，列车荷载激励下引起的桥梁结构振动与噪声问题日愈突出。特别当高架桥梁穿越居民区和城区时，所引起的环境振动和噪声污染对沿线临近居民的工作与生活健康、临近建筑物和精密仪器的正常使用等造成了不利影响，成为最具代表性的环境问题。

局域共振机理属于声子晶体理论，即通过使材料结构呈现一定周期性，从而会产生弹性波带隙，而处于弹性波禁带频率范围内的弹性波信号不能通过，因而近年来逐渐应用到隔振降噪领域。

通过设计不同材料组分搭配及周期结构形式，可对一定频带内的振动信号进行有效隔离，使得声子晶体在隔振降噪领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本实用新型的目的是，为了解决列车荷载激励下引起的桥梁结构振动与噪声问题，公开一种基于局域共振机理的桥墩/桩基柱壳隔振结构。

本实用新型实现的技术方案如下，一种基于局域共振机理的桥墩/桩基柱壳隔振结构，包括混凝土外保护层、混凝土盖板、混凝土底座和局域共振型隔振组件；所述隔振结构为紧密包裹在桥墩或桩基外部的圆环柱壳结构；在圆环柱壳结构内设置了局域共振型隔振组件；圆环柱壳结构上部为混凝土盖板，下部为混凝土底座，圆周为混凝土外保护层，三者无缝连接。

所述局域共振型隔振组件包括橡胶基体和嵌入基体内的散射体；所述橡胶基体由废弃橡胶制品绞碎填充；所述散射体为金属柱状体，垂直于混凝土底座，均匀分布在所述混凝土盖板与混凝土底座之间。

所述金属柱状体为圆柱、四棱柱体或多棱柱体。

所述金属柱状体在圆环柱壳结构内圆周的垂直方向分布；所述金属柱状体均匀分布在桥墩或桩基外组成围绕桥墩或桩基的同心圆周，且至少分布两圈，里外圆周均匀分布的金属柱状体数量相同；同一横截面上相邻两圈的金属柱状体中心的连线与桥墩或桩基中心处同一直线；同一圈圆周均匀分布的金属柱状体形状相同；同一横截面上相邻两圈分布的金属柱状体形状相同，但横截面直径，外圈大于内圈。

所述圆周均匀分布的金属柱状体数量应能等分圆周360º。

所述混凝土保护层厚度为150mm；采用C20混凝土浇筑。

所述混凝土保护层包括混凝土外保护层、混凝土盖板、混凝土底座。

本实用新型的工作原理如下：局域共振机理属于声子晶体理论，即通过使材料结构呈现一定周期性，从而会产生弹性波带隙，而处于弹性波禁带频率范围内的弹性波信号不能通过。当桩基或桥墩振动横向传递至隔振组件时，声子晶体基体（即橡胶材料填充层）的表面振动变形减少；最大变形发生散射体即金属柱状体附近，即散射体的共振代替了基体表面的运动，振动能量被散射体的局域共振所消耗。

采用不同横截面积的金属柱状体时，质量不同，形成不同的散射体填充比及不同的局域共振频率（如图5所示），从而可以实现覆盖低频及中高频的隔振能力。与单一散射体填充比相比（如图1所示），具有更宽频的隔振能力。