橡胶混凝土减振道床材料性能试验研究及减振效果预测

摘要

城市轨道交通为人们带来出行便利的同时，也引起了振动、噪声等环境问题，严重影响到沿线居民的工作和日常生活、建筑物的安全、精密仪器设备的正常使用等。为了减轻轨道交通振动对环境的影响，建设单位使用了大量振源减振措施，但这些减振措施大多依靠单纯降低轨道系统刚度进行减振，不仅增加了轨道投资，还恶化了轮轨关系，导致钢轨异常波磨的产生。其结果不但增大了振动和噪声，还为轨道交通的安全运营埋下隐患。基于此，业内人士提出应将减振部位下移，通过增加参振质量、阻尼吸振等方式进行减振。橡胶混凝土隔振基础是一种新型的减振产品，它将整个基础、道床及轨道系统作为参振质量，利用材料阻尼特性吸收耗散振动能量进行减振，并且成本低，可以作为整条线路使用的基础减振措施进行应用，从而降低全线的振动影响水平，同时在振动敏感地段配合采用其他减振产品，以期满足全线环境振动要求。
　　本文依托国家自然科学基金项目“橡胶混凝土隔振基础减振降噪研究”(No.51408033)，以C40混凝土为基准混凝土，研究适用于轨道交通的橡胶混凝土配合比，并对其减振性能进行预测分析。首先利用实验室试验研究了不同配合比的橡胶混凝土静力及动力性能，然后筛选出其中3种满足轨道交通设计要求并具备较好的动力性能的橡胶混凝土配合比，采用数值模拟方法进行橡胶混凝土减振道床减振性能预测分析，最后进行了橡胶混凝土减振道床的选型分析。本文的主要研究内容及结论如下:
　　1.橡胶混凝土静力性能试验
　　以C40混凝土为基准混凝土，首先根据不同的橡胶掺量(0％～50％)，设计了15种配合比，进行橡胶混凝土的立方体抗压强度试验。然后根据试验结果选取其中7种配合比，进一步研究橡胶混凝土的轴心抗压强度、静力受压弹性模量、劈裂抗拉强度和抗折强度。试验结果表明:掺入橡胶颗粒会明显地降低混凝土的各项静力性能，并且橡胶掺量越大，混凝土的静力性能下降越多;掺入橡胶颗粒可以提高混凝土的韧性，减缓试件破坏过程中裂缝的发展，减缓了微裂纹产生发展所导致的混凝土断裂;橡胶混凝土的破坏属于延性破坏。
　　2.橡胶混凝土动力性能试验
　　同样选择静力试验选择的7种橡胶混凝土配合比，进行橡胶混凝土的动力性能试验研究，包括动弹性模量及阻尼比。试验结果表明:掺入橡胶颗粒会降低混凝土的动弹性模量，而且橡胶掺量越大，动弹性模量下降越多;掺入橡胶颗粒可以明显的提高混凝土的阻尼比，橡胶混凝土的阻尼比随着橡胶掺量的增加基本呈线性增加，橡胶掺量每增加1％，橡胶混凝土的阻尼比约增加0.023％。当掺量不高于23％时橡胶混凝土能够满足轨道交通设计规范要求，并且具有较好的动力性能，能够用于轨道交通减振。
　　3.橡胶混凝土减振道床减振性能预测分析
　　根据橡胶混凝土静力及动力试验分析结果，选择其中3种配合比，采用数值模拟方法，建立普通混凝土(SC)整体道床和橡胶混凝土(RC-10，RC-15，RC-23)减振道床等4种工况的三维动力有限元模型，研究橡胶混凝土减振道床的减振性能。结果表明:橡胶混凝土减振道床具有较好的减振效果，橡胶掺量越高，橡胶混凝土减振道床的减振效果越好;不同橡胶掺量的橡胶混凝土减振道床在地表0～30m范围内的Z振级插入损失在0.34～4.38dB之间。
　　4.橡胶混凝土减振道床选型分析
　　在满足安全性，耐久性和经济性的条件下应尽量选择高橡胶掺量的橡胶混凝土减振道床，以达到更好的减振效果。根据本文的研究成果，建议采用以C40为基准混凝土，橡胶掺量为23％的橡胶混凝土制作减振道床。橡胶混凝土减振道床轨道结构的单线每公里造价约为377万元，同普通混凝土整体道床轨道结构的造价基本相当。

目录

论文说明

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 橡胶混凝土国内外研究现状

1．2．1 静力性能

1．2．2 动力性能

1．2．3 耐久性

1．2．4 工程应用

1．3 本文的研究内容

2．橡胶混凝土静力性能试验

2．1 试验方案

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验配合比

2．1．3 试验方法

2．1．4 试验设备

2．1．5 试验现场照片

2．2 立方体抗压强度试验

2．2．1 试验结果

2．2．2 试验现象

2．3 轴心抗压强度试验

2．3．1 试验结果

2．3．2 试验现象

2．4 静力受压弹性模量试验

2．5 劈裂抗拉强度试验

2．5．1 试验结果

2．5．2 试验现象

2．6 抗折强度试验

2．7 本章小结

3．橡胶混凝土动力性能试验

3．1 动弹性模量试验

3．1．1 试验原理

3．1．2 试验方法

3．1．3 试验结果

3．2 阻尼比试验

3．2．1 试验原理

3．2．2 试验方案

3．2．3 试验过程

3．2．4 试验结果

3．3 本章小结

4．橡胶混凝土减振道床减振性能预测分析

4．1 动力计算方法及原理

4．2 轨道-隧道-地层三维动力有限元模型的建立

4．2．1 工程背景

4．2．2 有限元模型

4．2．3 边界条件

4．3 列车振动荷载

4．3．1 基于解析的车轨耦合动力模型

4．3．2、计算过程

4．4 减振性能评价指标

4．5 橡胶混凝土减振道床减振性能研究

4．5．1 计算参数与工况

4．5．2 力口载求解

4．5．3 时程频谱分析

4．5．4 1／3倍频程分析

4．5．5 插入损失分析

4．6 橡胶混凝土减振道床选型分析

4．6．1 安全性和耐久性

4．6．2 橡胶混凝土减振道床造价分析

4．7 本章小结

5．1 主要工作

5．2 主要结论

5．3 主要创新点

5．4 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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