一种颗粒阻尼装置及具有该颗粒阻尼装置的钢箱梁
技术领域
本实用新型涉及桥梁工程减振降噪技术领域，具体涉及一种颗粒阻尼装置及具有该颗粒阻尼装置的钢箱梁。
背景技术
桥梁结构在交通荷载作用下产生的噪声是交通噪声的重要组成部分。由于钢箱梁具有结构简单、造型美观、适应性好等特点，其在我国城市轨道交通、高速铁路桥梁中得到了广泛应用，但随之而来的噪声问题也日益突出，严重影响了沿线居民的正常生活。因而，钢箱梁振动噪声是当前城市轨道交通、高速铁路发展中亟待解决的问题。
目前的钢箱梁减振降噪技术主要有敷设约束阻尼层材料、设置调谐质量阻尼器等方法。通过敷设约束阻尼层材料，可以增加桥梁的阻尼损耗因子，从而减小桥梁振动，达到降低桥梁结构噪声的目的。但是，约束阻尼层材料具有环境适应能力差(如：阻尼材料易老化、不耐高温、防火要求高)、施工难度大等缺点，在实际工程中适用性不高。而调谐质量阻尼器仅能有效抑制桥梁结构的低频振动，其作用频带窄，降噪效果甚微。
颗粒阻尼是一种简单而高效的被动减振降噪方法，其基本原理是将颗粒物置于封闭的主体结构内，当主体结构振动时，颗粒与颗粒之间、颗粒与主体结构之间发生碰撞与摩擦，将振动能量以内能形式释放，具有减振效果好、作用频带宽、施工安装容易、稳定性强等特点，可以有效地起到减振降噪效果。同时，钢箱梁U型肋是一天然的空腔结构，具有充足的安装空间，且在实际工程中多采用定型尺寸进行设计。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种颗粒阻尼装置及具有该颗粒阻尼装置的钢箱梁，该颗粒阻尼装置基于颗粒阻尼原理，根据钢箱梁局部振动的强弱程度和分布范围，在钢箱梁U型肋中设置多个颗粒阻尼装置，可以达到良好的降噪效果，对降低噪声敏感区域的噪声，促进城市轨道交通、高速铁路的绿色发展具有重要意义。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种颗粒阻尼装置，包括：箱体、在竖直方向间隔设置在箱体中的多层隔板，箱体内表面以及隔板上均设有弹性垫层，隔板上设有颗粒物。
该颗粒阻尼装置主体为箱体，箱体形状和大小不做具体限定，可根据实际安装位置进行选择，箱体中设置多层隔板，并在多层隔板上分别设置颗粒物，多层隔板上的颗粒物设置形式多样，且隔板可以有效地将数量众多的颗粒物进行分隔，减小颗粒物的堆积效应，加强各颗粒物之间的碰撞摩擦。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，箱体包括：上下相对设置的顶板和底板以及设置在顶板和底板之间并围设成封闭空间的两个相对设置的腹板和两个相对设置的封板。
顶板和底板相对设置在箱体的上下两端，腹板和封板交替设置围设在四周，形成密封的箱体。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，封板上设有隔板插孔，隔板的两端设有与隔板插孔相匹配的隔板插头，隔板插头设置在隔板插孔中，隔板插头远离隔板的一端还设有可拆卸的隔板销。
隔板插头插在隔板插孔中，从而将隔板固定在封板上，并通过隔板销将隔板固定，隔板销的体积大于隔板插孔，当隔板销固定在隔板两端的隔板插头上时，隔板无法从隔板插孔中脱出，并且可以避免隔板在工作中任意移动。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，封板上还设有连接杆插孔，连接杆插孔中设有多个卡块。
一种具有颗粒阻尼装置的钢箱梁，包括：钢箱梁以及设置在钢箱梁中的多个上述的颗粒阻尼装置，钢箱梁包括桥面板以及间隔设置在桥面板上的U型肋，多个颗粒阻尼装置间隔设置在U型肋中，封板与U型肋的横截面形状相匹配，多个颗粒阻尼装置之间设有多根连接杆。
该钢箱梁中设置有上述颗粒阻尼装置，颗粒阻尼装置中箱体的形状和尺寸与钢箱梁的U型肋的形状和尺寸相匹配，颗粒阻尼装置在钢箱梁中的分布方式不做具体限定，可根据实际减振需求进行设置。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，连接杆包括：可拆卸地设置在连接杆插孔中的第一连接杆以及设置在第一连接杆远离连接杆插孔一端的多根第二连接杆。
连接杆用于安装和连接多个间隔设置的箱体，当在U型肋中设置颗粒阻尼装置时，可通过连接杆将颗粒阻尼装置推入U型肋内，并且当安装好该颗粒阻尼装置后，连接杆可以保证颗粒阻尼装置在U型肋中位置不会任意改变。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第一连接杆靠近连接杆插孔的一端的外壁上设有与卡块对应设置的凹槽，凹槽包括：沿第一连接杆轴向延伸的第一凹槽以及设置在第一凹槽远离封板一端并与第一凹槽垂直连通设置的第二凹槽。
第一连接杆通过凹槽以及卡块与封板进行卡接，连接形式简单，便于安装和拆卸。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第一连接杆与第二连接杆连接的一端以及第二连接杆的两端分别设有外螺纹，第一连接杆和第二连接杆之间以及多根第二连接杆之间分别设有连接套筒，连接套筒的两端的内壁上分别设有与第一连接杆以及第二连接杆连接的内螺纹。
通过连接套筒将第一连接杆和第二连接杆以及多根第二连接杆连接，连接结构简单可靠，拆装方便，与在连接处开设卡扣卡接等形式相比，增加连接套筒不但不会破坏连接杆端部的结构，还能加强连接处的连接强度。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，U型肋的两端还设有堵板，堵板上设有与第二连接杆的外螺纹相匹配的螺纹孔。U型肋两端的堵板设置在U型肋两端，起到避免颗粒阻尼装置在U型肋中滑动错位的作用。
进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，颗粒物为单一种类的颗粒或多种颗粒混合物，颗粒物的直径为5-50mm，颗粒物的总质量为钢箱梁总质量的1％-5％。
颗粒物结构多种多样，可以适合不同的减振要求，颗粒物可以选用钢、铅等金属材质，也可以选用砂子、玻璃等非金属材质。颗粒物的总质量设置为钢箱梁总质量的1％-5％时，既不会过多的增加整个钢箱梁的重量，还能保证良好的减振效果。
本实用新型具有以下有益效果：
(1)减振频域宽、减振效果好：通过设置多分区结构，使颗粒均匀地分布在每层隔板上，减小了颗粒的堆积效应，使每层颗粒充分振动，最大化地利用其碰撞与摩擦，以提升能量耗散的效果。相较于现有调谐质量阻尼器，基于颗粒阻尼原理的减振方法对于交通荷载引起的较宽频率的振动都有良好的减振效果；并且箱梁以及隔板上设置弹性垫层，在进一步吸收能量的同时，既防止了次生噪声，又能有效地保护各板件。
(2)环境适应性强，适合在各种环境下使用：相较于敷设约束阻尼层材料，颗粒阻尼器减振效果不受温度影响，无阻尼材料老化等问题，适合在各种环境下长期使用。
(3)设置方式多样，适应性强：适用于各种钢箱梁U型肋，可自由调节分区数量及布置方式。在实际使用中，可以根据钢箱梁的局部振动大小，通过调节隔板的数量及连接杆的长度组合，调整阻尼器内部分区的数量及布置方式。
(4)结构简单、安装方便：阻尼器结构通过“化整为零”，采用拼插、螺纹连接的方式进行现场安装，便于运输及安装。
附图说明
图1为本实用新型的颗粒阻尼装置的结构示意图；
图2为本实用新型的封板的结构示意图；
图3为图2中连接杆插孔的放大图；
图4为本实用新型的隔板和隔板销连接的结构示意图；
图5为本实用新型的具有颗粒阻尼装置的钢箱梁的结构示意图；
图6为本实用新型的第一连接杆的结构示意图；
图7为图6中凹槽的放大图；
图8为本实用新型的第二连接杆的结构示意图；
图9为本实用新型的堵板结构示意图；
图10为本实用新型的颗粒阻尼装置拼接时的结构示意图。
其中：1-颗粒阻尼装置；11-箱体；111-顶板；112-腹板；113-封板；113a-隔板插孔；113b-连接杆插孔；113c-卡块；114-底板；12-隔板；121-隔板插头；122-隔板销；13-颗粒物；2-钢箱梁；21-桥面板；22-U型肋；3-连接杆；31-第一连接杆；311-凹槽；311a-第一凹槽；311b-第二凹槽；32-第二连接杆；4-连接套筒；5-堵板；51-螺纹孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
实施例1
参照图1，一种颗粒阻尼装置1，包括：箱体11、多层设置在箱体11中的隔板12。箱体11内表面以及隔板12上均设有弹性垫层，在本实施例中，弹性垫层为橡胶垫层，弹性垫层通过橡胶金属粘结剂粘贴在箱体11的内表面以及隔板12上，粘结剂选择市售橡胶胶水。隔板12上设有颗粒物13,在本实施例中，颗粒物13为直径为5mm的钢球，颗粒物13的总质量为钢箱梁2总质量的3％。
参照图1，箱体11包括插接连接的顶板111、两个相对设置的腹板112、两个相对设置的封板113以及底板114，隔板12设置在两个相对设置的封板113之间。为方便该颗粒阻尼装置1在U型肋22中滑动，底板114选用聚四氟乙烯板，为保证封板113具有足够强度，避免推动时变形或损坏，封板113采用厚金属板，顶板111、腹板112采用纤维板，隔板12采用薄金属板。
参照图2和图3，封板113上设有隔板插孔113a，封板113上还设有连接杆插孔113b，连接杆插孔113b中设有多个卡块113c。参照图4，隔板12的两端设有与隔板插孔113a相匹配的隔板插头121，隔板插头121设置在隔板插孔113a中，隔板插头121远离隔板12的一端还设有可拆卸的隔板销122。
参照图5，一种具有上述颗粒阻尼装置1的钢箱梁2，钢箱梁2包括：桥面板21以及间隔设置在桥面板21上的U型肋22，多个颗粒阻尼装置1间隔设置在U型肋22中，封板113与U型肋22的横截面形状相匹配，多个颗粒阻尼装置1之间设有多根连接杆3。
连接杆3包括两根第一连接杆31以及设置在两根第一连接杆31之间的多根第二连接杆32，在本实施例中，第一连接杆31和第二连接杆32采用空心金属圆管，第一连接杆31远离第二连接杆32的一端与封板113可拆卸连接。第一连接杆31可拆卸地设置在连接杆插孔113b中。
参照图6和图7，第一连接杆31靠近封板113的一端的外壁上设有与卡块113c对应设置的凹槽311，凹槽311包括：沿第一连接杆31轴向延伸的第一凹槽311a以及设置在第一凹槽311a远离封板113一端并与第一凹槽311a垂直连通设置的第二凹槽311b。
参照图6和图8，第一连接杆31远离封板113的一端以及第二连接杆32的两端分别设有外螺纹，第一连接杆31和第二连接杆32之间以及多根第二连接杆32之间分别设有连接套筒4，连接套筒4的两端的内壁上分别设有与第一连接杆31以及第二连接杆32连接的内螺纹。
U型肋22的两端还设有堵板5，参照图9，堵板5上设有与第二连接杆32的外螺纹相匹配的螺纹孔51。
参照图10，施工过程为：
1、顶板111和底板114内侧均开有沟槽，在底板114、腹板112、封板113的内表面以及隔板12的上表面粘贴橡胶材质的弹性垫层；
2、将隔板12粘贴弹性垫层的一端向上，将隔板12两端的隔板插头121插入两端封板113上的隔板插孔113a中，并用隔板销122固定在隔板插头121的端部，因隔板插头121尺寸大于隔板插孔113a，从而使隔板12无法从隔板插孔113a中脱出；
3、按照底板114的沟槽方向，将一端腹板112沿沟槽推入底板114及顶板111沟槽，再将安装好隔板12的两端封板113推入沟槽，即可形成一个无单侧腹板112的开口结构
4、在每层隔板12上分别填充颗粒物13，最后，将另一端腹板112推入，完成颗粒阻尼装置1的拼装。
5、颗粒阻尼装置1拼装完成后，进行颗粒阻尼装置1的布置。为方便颗粒阻尼装置1在U型肋22中滑动，在颗粒阻尼装置1底板114处涂抹石墨以进一步减小其摩擦系数。将颗粒阻尼装置1放入钢箱梁2的U型肋22中，通过卡块113c和凹槽311将封板113与第一连接杆31连接，对第一连接杆31施加轴向作用力，将颗粒阻尼装置1在U型肋22中推入一定距离，其后，通过连接套筒4在第一连接杆31上连接一根或多根第二连接杆32，根据两个颗粒阻尼装置1之间的设置距离，在最后一根第二连接杆32上连接一根第一连接杆31，并通过该第一连接杆31连接下一个颗粒阻尼装置1，连接时，先将颗粒阻尼装置1倾斜一定角度，将封板113连接杆插孔113b上的卡块113c与第一连接杆31的第一凹槽311a对准，并将卡块113c推至第一凹槽311a的底端，然后转动颗粒阻尼装置1使卡块113c卡设到第二凹槽311b中即可完成连接，重复以上过程直到颗粒阻尼装置1布满U型肋22。
在钢箱梁2中设置颗粒阻尼装置1时，可根据钢箱梁2局部振动的强弱程度和分布范围，对颗粒阻尼装置1的结构及布置位置进行设置，在振动较大的位置设置隔板12层数较多、较密集的颗粒阻尼装置1，在振动较小的位置设置隔板12层数较少、数量较少的颗粒阻尼装置1或不设置颗粒阻尼装置1。若优化的颗粒阻尼装置1不能恰好填满整个U型肋22长度，为避免结构振动导致颗粒阻尼装置1在U型肋22中滑动错位，使用第二连接杆32和堵板5在U型肋22的端部进行支撑，以达到固定颗粒阻尼装置1的作用。
实施例2
本实施例与实施例1以及实施例2的不同之处在于，颗粒物13选择直径为20mm的铅球以及直径为2mm左右的砂石的混合物，颗粒物13的总质量为钢箱梁总质量的1％，当选用两种不同粒径的颗粒物13时，直径较小的粒子可以填充在直径较大的粒子的间隙中，从而减小颗粒物13的间隙，增大颗粒物13之间的接触面积，从而增大颗粒物13在振动时的摩擦和碰撞作用，加大对振动能量的耗散作用，提高减振效果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
