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近年来，随着城市轨道交通的快速发展，由城市轨道交通引起的环境振动问题也变得日益突出。目前，轨道振动控制中最常见的做法是在上部轨道结构和下部基础之间插入弹性支承层，通过上部轨道结构在弹性支承层上的惯性运动衰减列车运行产生的振动。本文受固体物理学中声子晶体有关周期结构理论的启发，在对已有浮置板轨道减振研究总结的基础上，将声子晶体的基本理论引入浮置板轨道弹性支承层的设计中，探索了利用声子晶体的Bragg散射机理和局域共振散射机理设计弹性支承层的可行性。通过理论分析和有限元模拟得到周期性支承层的带隙，在此基础上通过参数分析给出周期性支承层的最终设计方案。最后，通过有限元模拟对周期性支承层浮置板轨道的整体减振效果进行评估。本文的主要研究成果和结论如下：
(1)Bragg散射型周期性支承层存在低频宽带带隙，增加组成Bragg散射型周期性支承层的两种材料的厚度、降低材料的弹性波波速、增加材料的阻抗比可以使结构的一阶带隙向低频移动。平面尺寸会对一阶带隙的位置产生影响，适当减小结构的平面尺寸对获得低频宽带带隙是有利的，但上述措施在降低一阶带隙起止频率的同时会使整个结构因刚度过低而无法作为轨道结构的支承，因此利用Bragg散射机理设计周期性支承层是不可行的。
(2)局域共振型周期性支承层的一阶带隙取决于由钢散射体、橡胶包覆层和基体组成的局域共振系统的两种振动模态，局域共振型周期性支承层的竖向刚度取决于由铝制套筒和弹性垫层组成的基座的竖向刚度，通过合理的结构设计可以保证局域共振型周期性支承层在保证足够竖向刚度的同时还具有低频减振特性，利用声子晶体的局域共振散射机理设计周期性支承层是可行的。
(3)周期性支承层有限周期结构频响曲线和无限周期结构频散曲线的结果均表明周期性支承层存在55Hz至133Hz的低频宽带带隙。周期性支承层浮置板轨道的减振效果是浮置板轨道自身减振性能和周期性支承层振动衰减性能的叠加，在周期性支承层的带隙范围内周期性支承层浮置板轨道具有更好的减振效果。通过对橡胶包覆层作开槽处理或引入多重多级局域共振结构可以有效提高周期性支承层的低频减振性能。
(4)增加局域共振型周期性支承层内部振子的数量能够有效扩宽结构的局域共振带隙，但同时也会在一定程度上降低结构的低频衰减性能。双振子结构能够在扩宽结构带隙和保证结构的低频衰减性能间达到平衡。和其他材料参数相比，多重多级局域共振型周期性支承层内外包覆层的弹性模量以及内外散射体的密度是影响结构带隙特性的关键因素，在其他条件不变的情况下，适当降低内外包覆层弹性模量或者增加内外散射体的密度对结构的低频减振性能是有利的。
(5)在低频范围内，钢弹簧浮置板轨道和周期性支承层浮置板轨道振动加速度级几乎一致，随着频率逐渐升高，周期性支承层自身的带隙特性开始发挥作用，在带隙范围内周期性支承层插入损失大于0，周期性支承层浮置板轨道的减振效果逐渐超过钢弹簧浮置板轨道。在轨道结构振动评价的有效频率范围(4~200Hz)内，周期性支承层浮置板轨道加速度倍频程谱的总级值较钢弹簧浮置板轨道降低了10%，可以认为周期性支承层浮置板轨道相较于钢弹簧浮置板轨道拥有更好的减振效果。
(1)Bragg散射型周期性支承层存在低频宽带带隙，增加组成Bragg散射型周期性支承层的两种材料的厚度、降低材料的弹性波波速、增加材料的阻抗比可以使结构的一阶带隙向低频移动。平面尺寸会对一阶带隙的位置产生影响，适当减小结构的平面尺寸对获得低频宽带带隙是有利的，但上述措施在降低一阶带隙起止频率的同时会使整个结构因刚度过低而无法作为轨道结构的支承，因此利用Bragg散射机理设计周期性支承层是不可行的。
(2)局域共振型周期性支承层的一阶带隙取决于由钢散射体、橡胶包覆层和基体组成的局域共振系统的两种振动模态，局域共振型周期性支承层的竖向刚度取决于由铝制套筒和弹性垫层组成的基座的竖向刚度，通过合理的结构设计可以保证局域共振型周期性支承层在保证足够竖向刚度的同时还具有低频减振特性，利用声子晶体的局域共振散射机理设计周期性支承层是可行的。
(3)周期性支承层有限周期结构频响曲线和无限周期结构频散曲线的结果均表明周期性支承层存在55Hz至133Hz的低频宽带带隙。周期性支承层浮置板轨道的减振效果是浮置板轨道自身减振性能和周期性支承层振动衰减性能的叠加，在周期性支承层的带隙范围内周期性支承层浮置板轨道具有更好的减振效果。通过对橡胶包覆层作开槽处理或引入多重多级局域共振结构可以有效提高周期性支承层的低频减振性能。
(4)增加局域共振型周期性支承层内部振子的数量能够有效扩宽结构的局域共振带隙，但同时也会在一定程度上降低结构的低频衰减性能。双振子结构能够在扩宽结构带隙和保证结构的低频衰减性能间达到平衡。和其他材料参数相比，多重多级局域共振型周期性支承层内外包覆层的弹性模量以及内外散射体的密度是影响结构带隙特性的关键因素，在其他条件不变的情况下，适当降低内外包覆层弹性模量或者增加内外散射体的密度对结构的低频减振性能是有利的。
(5)在低频范围内，钢弹簧浮置板轨道和周期性支承层浮置板轨道振动加速度级几乎一致，随着频率逐渐升高，周期性支承层自身的带隙特性开始发挥作用，在带隙范围内周期性支承层插入损失大于0，周期性支承层浮置板轨道的减振效果逐渐超过钢弹簧浮置板轨道。在轨道结构振动评价的有效频率范围(4~200Hz)内，周期性支承层浮置板轨道加速度倍频程谱的总级值较钢弹簧浮置板轨道降低了10%，可以认为周期性支承层浮置板轨道相较于钢弹簧浮置板轨道拥有更好的减振效果。