一种地铁车站用减振柱复合基础及其减振方法

1.本发明涉及轨道交通结构减振领域，是一种地铁车站用减振柱复合基础及其减振方法。


背景技术：

2.地铁车站整体结构在人行荷载、列车运行等激励下产生结构振动逐步成为设计的关键思考对象，首先表现为在人行荷载作用下引起的楼层振动，其次表现为列车运行条件下带来的结构振动。减振主要通过协调整体结构与轨道列车等激振力的振动频率，避免发生共振现象，在此基础上，通过改变整体结构的组成或者选用不同刚度的构件达到规避共振频率或者远低于共振频率的目的。
3.由结构振动带来的影响是方方面面的，一方面会降低行人使用地铁交通设施的舒适度，进一步影响日常生产生活的有序进行，另一方面则会危及地铁车站整体结构的安全性。
4.传统的轨道交通结构减振体现在通过加强附属梁、柱、墙等主体结构来达到减振的目的，这种减振设计使地铁车站整体成本提高，同时后期维护的难度增大，在遇到振动较强的情况下，容易出现垮塌倾倒等不利结构病害，因此，有必要从结构远端比如柱子的基础的角度出发进行设计，以满足整体结构的减振性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的为从结构减振的角度出发，创造一种地铁车站用减振柱复合基础，以解决上述背景技术提出的问题。
6.本发明的技术方案可通过以下过程完成实现：一种地铁车站用减振柱复合基础，包括：基础底部耗能复合结构，位于整个基础的最底部；异形u状支撑，设置在所述基础底部耗能复合结构的上部，包括两个，分别是第一异形u状支撑和第二异形u状支撑，所述第一异形u状支撑包括相互平行布置的第一上水平支撑板和第一下水平支撑板；所述第二异形u状支撑包括相互平行布置的第二上水平支撑板和第二下水平支撑板；所述第一异形u状支撑和第二异形u状支撑相互嵌合设置，嵌合后，在第一上水平支撑板和第二上水平支撑板之间设有第一减振弹簧组；在第一下水平支撑板和第二下水平支撑板之间设有第二减振弹簧组；在第二上水平支撑板和第一下水平支撑板之间设有滚动磨耗组件，所述滚动磨耗组件用于实现两个异形u状支撑之间的水平错动。
7.优选的，所述基础底部耗能复合结构包括：顶部连接板；
底部连接板、以及设置在所述顶部连接板和底部连接板之间的，铅棒，设置在所述顶部连接板和底部连接板之间中心部位；粘弹性复合钢板结构，在顶部连接板和底部连接板之间以所述铅棒为中心向外设置。
8.优选的，所述粘弹性复合钢板结构由粘弹性高分子材料和增强式钢板组成的多层复合而成。
9.优选的，所述粘弹性高分子材料为聚氨基甲酸乙酯橡胶，所述聚氨基甲酸乙酯橡胶涂覆在增强式钢板表面。
10.优选的，所述滚动磨耗组件包括：上连接凹板和下连接凹板，其中，所述下连接凹板底部与所述第一下水平支撑板的上表面固定连接；所述上连接凹板的顶部与所述第二上水平支撑板的下表面滑动连接；所述上连接凹板的下表面形成有第一弧形凹面，下连接凹板的上表面形成有第二弧形凹面，第一弧形凹面和第二弧形凹面上、下对称布置形成隔腔；钢棒，设置在第一弧形凹面和第二弧形凹面之间的所述隔腔中。
11.优选的，所述减振弹簧组中的弹簧为喷塑弹簧，喷塑弹簧顶部设置防滑耐磨橡胶垫片。
12.优选的，所述基础底部耗能复合结构的外侧设有用于将基础底部耗能复合结构密封的耐久橡胶。
13.优选的，所述顶部连接板和底部连接板均采用热浸镀锌板。
14.本发明进一步公开了一种基于所述地铁车站用减振柱复合基础的减振方法，当振动由车站柱子传递到所述异形u状支撑时，所述第一上水平支撑板和第二上水平支撑板之间的第一减振弹簧组实现一级减振，所述第二上水平支撑板和第一下水平支撑板之间的滚动磨耗组件通过滚动摩阻实现二级减振，所述第一下水平支撑板和第二下水平支撑板之间的第二减振弹簧组实现三级减振，所述基础底部耗能复合结构实现四级减振。
15.有益效果：与现有的技术相比，本发明的有益效果在于：当振动由车站柱子传递到所述异形u状支撑时，所述夹层上部减振弹簧组实现一级减振，所述夹层中部滚动磨耗结构通过滚动摩阻实现二级减振，所述夹层下部减振弹簧实现三级减振，所述多层粘弹性材料复合钢板结构实现四级减振。就叠层橡胶支座而言，其在竖向的抗拉强度低，而当振动相对强烈时，倾覆力矩会引起较强的拉应力，于隔振效果不利，本发明中的复合基础利用异形u状嵌套结构实现了优化受力的效果；通过设置中部的滚动磨耗结构提升了基础的抗拉能力，在承受由下部传来的振动时，具有极好的稳定性与复位能力，同时，通过摩擦减少结构振动能量，降低了结构的自振频率，有效避免了自振现象；在第一上水平支撑板和第二上水平支撑板之间设有第一减振弹簧组；在第一下水
平支撑板和第二下水平支撑板之间设有第二减振弹簧组；该减振弹簧组固有频率低，结构紧凑，进一步加强了竖向的抗压刚度；在此基础上，通过设置多个减振柱基础，使得本发明能够有效的减少车站整体产生的振动，具有多层次、多维度减振的效果，有效防止车站主体结构长期振动开裂，保证了长期运营的安全性。
附图说明
16.图1是本发明的减振柱复合基础的主视图；图2是本发明的减振柱复合基础的立体图；其中，1、柱体；2、防滑耐磨橡胶垫片；3、低频喷塑弹簧；4、上连接凹板；5、钢棒；6、下连接凹板；7、上连接板；8、下连接板；9、铅棒；10、粘弹性复合钢板结构；11、耐久橡胶；12-1、第一异形u状支撑；12-1-1、第一上水平支撑板；12-1-2、第一下水平支撑板；12-2、第二异形u状支撑；12-2-1、第二上水平支撑板；12-2-2、第二下水平支撑板；13、滚动磨耗结构。
具体实施方式
17.下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
18.本发明包括柱体1、防滑耐磨橡胶片2、低频喷塑弹簧3、上连接凹板4、钢棒5、下连接凹板6、上连接板7、下连接板8、铅棒9、粘弹性复合钢板结构10、耐久橡胶11、异形u状支撑以及滚动磨耗结构13；基础底部耗能复合结构预设联上连接板7、下连接板8；在基础底部耗能复合结构中心插入内部无气孔杂质、耐磨抗压的铅棒9。
19.铅棒9两侧设置粘弹性复合钢板结构10，利用热风循环的方式将下连接板8加热到粘弹性材料的熔点温度，以便将粘弹性材料固结在下连接板8表面，同时避免加热使得下连接板8表面被污染；将上连接板与粘弹性材料粘合在一起的下连接板一起放到反应炉中，加热到粘弹性材料的熔点，加热时温度不宜过高，防止连接板表面氧化：将上述复合结构单元在足够的压力条件下进行轧接，温度保持在粘弹性材料的熔点处；在基础底部外侧设置耐久橡胶11，密封底部基础。
20.基础底部耗能复合结构上部设置两个异形u状支撑，包括两个，分别是第一异形u状支撑12-1和第二异形u状支撑12-2，所述第一异形u状支撑12-1包括相互平行布置的第一上水平支撑板12-1-1和第一下水平支撑板12-1-2；所述第二异形u状支撑12-2包括相互平行布置的第二上水平支撑板12-2-1和第二下水平支撑板12-2-2；所述第一异形u状支撑12-1和第二异形u状支撑12-2相互嵌合设置，嵌合后，在第一上水平支撑板12-1-1和第二上水平支撑板12-2-1之间设有第一减振弹簧组；在第一下水平支撑板12-1-2和第二下水平支撑板12-2-2之间设有第二减振弹簧组；在第二上水平支撑板12-2-1和第一下水平支撑板12-1-2之间设有滚动磨耗组件，
所述滚动磨耗组件用于实现两个异形u状支撑之间的水平错动。
21.优选的，所述减振弹簧组的弹簧采用低频设计，并经过防腐烤漆处理；弹簧顶部设置防滑耐磨橡胶垫片2；弹簧的外体采用热浸镀锌处理；中部的滚动磨耗组件包括：上连接凹板4、钢棒5以及下连接凹板6，均由匹配钢型模具制成，上下连接凹板接触面足够粗糙，与钢棒5不发生滑动，在两个接触面上只有滚动摩擦作用，同时，下连接凹板6与上连接板7固结，保持静止状态，上连接凹板4与钢棒5一起平动，不发生转动，上连接凹板4与钢棒5在接触点有相同的运动速度。
22.所述基础底部耗能复合结构包括：顶部连接板；底部连接板、以及设置在所述顶部连接板和底部连接板之间的，铅棒，设置在所述顶部连接板和底部连接板之间中心部位；粘弹性复合钢板结构，在顶部连接板和底部连接板之间以所述铅棒为中心向外设置。
23.所述顶部连接板和底部连接板均采用热浸镀锌板，板厚度为0.3mm，宽度为1500mm，长度为2000mm，抗拉强度为210mpa,屈服强度为160mpa，延伸率为50%。为了提升热浸镀锌板与粘弹性材料的粘结力，通常采用喷射强碱或者电解清洗的方式去除钢板表面的油污。
24.所述铅棒，通过调整铅棒的直径大小来控制阻尼的大小，铅棒的直径不宜设置过大，直径设置过大，铅棒的体积过大，导致整体刚度降低，于结构安全性不利，会影响基础整体的稳定性。
25.所述基础底部复合结构的顶部连接板和底部连接板之间，以所述铅棒为中心，向外设置粘弹性高分子材料和增强式钢板组成的多层复合结构，本发明采用的粘弹性物质为聚氨基甲酸乙酯橡胶，具体表现为将聚氨基甲酸乙酯橡胶涂覆在增强式钢板表面，基本结构构成单元为聚氨基甲酸乙酯橡胶-增强式钢板-聚氨基甲酸乙酯橡胶，聚氨基甲酸乙酯橡胶厚度为0.1mm，损失系数为0.2。依靠粘弹性减振物质的伸缩变形达到基础底部减振隔振的目的。
26.所述嵌套结构中部设置滚动磨耗结构，该结构由上下底座及两个配套的弧形滑道和钢棒组成，上下底座以及钢棒均由匹配钢型模具制成，钢棒所在的两个圆弧型滑动面轴线方向相互垂直，实地制作时使用刚性连接使其与异形u状支撑固定形成一个整体。同时，为了使该滚动磨耗结构能正常复位，需保证两个圆弧滑动面与钢棒间有足够的滚动粗糙度。长期的使用过程中，必须保证有足够的粗糙度才能使得结构在滚动磨耗做功过程的同时实现复位功能，保证结构使用的稳定性。随着摩擦系数的增大，节点加速度的响应逐渐增大。但当摩擦系数小于0.1时，各节点的绝对加速度极值也更为均匀，表明结构的整体性更好。因此，摩擦系数应尽量保持在0.1附近。
27.滚动磨耗结构下底座与异形u状支撑固结，上底座可在振动传导下，随着钢棒的运动产生相对滑动。
28.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。