雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障，該雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障包括聲屏障板、立柱和混凝土底座；聲屏障板固定在兩根立柱之間的卡槽內(nèi)，立柱通過底部預(yù)留的鋼筋固定在混凝土底座上，聲屏障板包括兩塊雙曲面板、變異蜂巢隔聲體和多級(jí)阻尼可控螺栓，聲屏障板由兩塊雙曲面板通過端部焊接而成，雙曲面板內(nèi)均勻分布有正六邊形孔洞。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障的隔聲效果好。雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障雙向減載，效果好；雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障重量輕，強(qiáng)度高。雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障是一種組合結(jié)果，安裝拆卸方便。
【專利說明】
雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及軌道交通工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種雙曲面鋸齒型阻尼可控式減 載屏障。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速鐵路、城際鐵路及城市軌道交通帶來的環(huán)境噪聲問題是制約軌道交通快速、 健康發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。
[0003] 為解決鐵路噪聲的污染，聲屏障應(yīng)運(yùn)而生。聲屏障的降噪原理是在聲源和受聲者 之間插入聲屏障，聲波傳至聲屏障時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、透射和繞射三種現(xiàn)象，聲波的傳播會(huì)有 一個(gè)顯著的附加衰減，從而達(dá)到降噪的目的。經(jīng)過幾十年的發(fā)展聲屏障的種類繁多，根據(jù)所 用的材料和結(jié)構(gòu)形式分成多種類型的聲屏障，然而聲屏障的使用壽命短的問題一直未得到 很好解決。究其原因，主要是列車在通過聲屏障區(qū)域時(shí)，會(huì)在線路兩側(cè)聲屏障范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng) 大的風(fēng)場(chǎng)，使得聲屏障承受巨大的列車風(fēng)荷載。另外，隨著現(xiàn)在列車速度的提高，鐵路橋梁 占比越來越大，聲屏障所處高度也越來越高，從而導(dǎo)致鐵路橋梁上的聲屏障承受的自然風(fēng) 載也越來越大，且方向反復(fù)無常。日積月累，聲屏障在長期的列車風(fēng)和自然風(fēng)荷載作用下， 極易產(chǎn)生疲勞破壞，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致列車安全事故。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于為延長高架橋聲屏障的使用壽命，確保其安全性。本發(fā)明 以減小高架橋梁聲屏障所承受的風(fēng)荷載為出發(fā)點(diǎn)，提供了一種阻尼式減載聲屏障。該聲屏 障可在保障降噪效果不減的前提下，減小風(fēng)荷載對(duì)聲屏障的影響，有效提高聲屏障的使用 壽命，可以說是既安全又環(huán)保。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障，該雙曲面鋸 齒型阻尼可控式減載屏障包括聲屏障板、立柱和混凝土底座;聲屏障板固定在兩根立柱之 間的卡槽內(nèi)，立柱通過底部預(yù)留的鋼筋固定在混凝土底座上，聲屏障板包括兩塊雙曲面板、 變異蜂巢隔聲體和多級(jí)阻尼可控螺栓，聲屏障板由兩塊雙曲面板通過端部焊接而成，雙曲 面板內(nèi)均勻分布有正六邊形孔洞，孔洞與孔洞之間留有15_20mm距離，供變異蜂巢隔聲體固 定使用，雙曲面板四周預(yù)留焊接固定區(qū)域;變異蜂巢隔聲體為六邊體結(jié)構(gòu)，六角預(yù)留螺栓孔 洞，變異蜂巢隔聲體形狀類似沙漏，由兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板在兩側(cè)通過螺絲夾住內(nèi)側(cè) 隔聲板而成，雙面鋸齒型鋼板中間為雙面鋸齒形剛體，雙曲面鋸齒形剛體兩側(cè)表面敷設(shè)吸 聲材料，雙面鋸齒形剛體的鋸齒采用波長為15mm-20mm的正弦波波形。
[0006] 多級(jí)阻尼可控螺栓包括螺栓、螺帽、可調(diào)阻尼彈簧可調(diào)阻尼彈簧?？烧{(diào)阻尼彈簧和 可調(diào)阻尼彈簧的長度及阻尼系數(shù)等參數(shù)根據(jù)當(dāng)?shù)貧v史最大風(fēng)速、列車的運(yùn)行速度、列車運(yùn) 行的空氣動(dòng)力學(xué)特性和屏障厚度等確定?？烧{(diào)阻尼彈簧的彈性系數(shù)可以采用下面公式進(jìn)行 計(jì)算:k = G*d/(8*A*(B+C))其中：G為橫彈性系數(shù)，d為橫彈性系數(shù)，A為彈簧的卷數(shù)，B為彈簧 的內(nèi)徑，C為彈簧鋼絲的直徑。
[0007] 為了保證屏障的聲學(xué)性能，可調(diào)阻尼彈簧17和18的直徑需采用一個(gè)漸變直徑，阻 尼彈簧尾部直徑為C = D+f X 0.1，其中D為彈簧頭部鋼絲直徑，f為漸變系數(shù)，可根據(jù)彈性系 數(shù)k確定，一般取2或者3。
[0008] 變異蜂巢隔聲體可分為內(nèi)側(cè)安裝和外側(cè)安裝兩種安裝方法，內(nèi)側(cè)安裝法為:變異 蜂巢隔聲體的兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板卡住靠近軌道側(cè)的曲面板安裝，外側(cè)安裝法則相 反，變異蜂巢隔聲體的兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板卡住遠(yuǎn)離軌道側(cè)的曲面板安裝。當(dāng)變異蜂 巢隔聲體采用內(nèi)側(cè)安裝時(shí)，高空中的自然風(fēng)在達(dá)到一定強(qiáng)度后，將在推動(dòng)整個(gè)變異蜂巢隔 聲體向線路內(nèi)側(cè)移動(dòng)的同時(shí)，使本變異蜂巢隔聲體四周形成一個(gè)通道，讓風(fēng)順利通過聲屏 障，達(dá)到減載的目的，列車引起的列車風(fēng)由軌道向外側(cè)將不能推動(dòng)變異蜂巢隔聲體，當(dāng)自然 風(fēng)壓減小后，在阻尼彈簧的作用下，變異蜂巢隔聲體將恢復(fù)到原來位置;當(dāng)變異蜂巢隔聲體 采用外側(cè)安裝時(shí)，高空中的列車風(fēng)在達(dá)到一定強(qiáng)度后，將推動(dòng)整個(gè)變異蜂巢隔聲體向線路 外側(cè)移動(dòng)，使變異蜂巢隔聲體四周形成一個(gè)通道，讓列車風(fēng)順利通過聲屏障，達(dá)到卸載的目 的，線路外側(cè)的自然風(fēng)將不能通過變異蜂巢隔聲體，列車通過后，列車風(fēng)消失，變異蜂巢隔 聲體將恢復(fù)原位。 _!〇_
[0009] 雙曲面板6的曲率米用λ?為第i階頻率的聲波波長。
[0010] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:應(yīng)該是發(fā)明技術(shù)方案的直接結(jié)果?？梢酝ㄟ^對(duì)發(fā)明結(jié)構(gòu) 特征的分析和理論分析相結(jié)合或借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方式予以說明。
[0011] 本專利的最大優(yōu)點(diǎn)在于：
[0012] (1)雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障的隔聲效果好。
[0013] 為了研究阻尼式減載屏障的隔聲效果，結(jié)合實(shí)際情況，選擇面板厚度為0.25mm、 0 · 5mm、0 · 75mm、1mm四組屏障在ANSYS和LMS軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)和聲學(xué)建模，在31 · 5~1000Hz頻 率段做三分之一倍頻程的諧響應(yīng)分析，并將屏障兩端空氣中的算得的聲壓級(jí)相減，可得到 下圖中的不同面板厚度的屏障隔聲量。從圖中可以看出，阻尼式減載屏障的減載效果和噪 聲頻率、板材厚度等參數(shù)有關(guān)，最大隔聲量可達(dá)68dB左右，具有良好的降噪效果。
[0014] 表1屏障隔聲量效果圖
[0015]
[0016] (2)雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障雙向減載，效果好；
[0017] 通過在有限元軟件ANSYS中建立傳統(tǒng)直立型屏障和阻尼式減載屏障模型，分析不 同風(fēng)速條件下的屏障面板支撐立柱底部承受的最大彎矩，其結(jié)果如下表所示。通過分析發(fā) 現(xiàn)，減載率通過控制阻尼彈簧1和阻尼彈簧2的彈簧系數(shù)，可使得減載率最高達(dá)60 %左右，而 且減載具有內(nèi)外雙向減載等突出優(yōu)點(diǎn)。
[0018] 表2減壓效果對(duì)比
[0019]
[0020] (3)雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障重量輕，強(qiáng)度高。
[0021] 由于該屏障是中空結(jié)構(gòu)，使得其重量大大減輕。根據(jù)測(cè)試，阻尼式減載屏障的重量 大約是傳統(tǒng)屏障的1/3左右。在同等厚度條件下，抗彎強(qiáng)度比傳統(tǒng)屏障增加20%。
[0022] (4)雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障是一種組合結(jié)果，安裝拆卸方便。
【附圖說明】
[0023]圖1為阻尼式減載屏障正立面圖；
[0024] 圖2為立柱立面圖；
[0025]圖3為聲屏障板側(cè)立面圖；
[0026] 圖4為雙曲面板正立面圖；
[0027]圖5為變異蜂巢隔聲體正立面圖；
[0028] 圖6為A-A剖面圖；
[0029]圖7隔聲板放大圖；
[0030]圖8阻尼可控螺栓結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖9變異蜂巢隔聲體內(nèi)側(cè)安裝圖；
[0032]圖10自然風(fēng)流向圖；
[0033]圖11變異蜂巢隔聲體外側(cè)安裝圖；
[0034]圖12列車風(fēng)流向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] -種雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障，該減載屏障包括聲屏障板1、立柱2和混 凝土底座3;聲屏障板1固定在兩根立柱2之間的卡槽4內(nèi)，立柱2通過底部預(yù)留的鋼筋5固定 在混凝土底座3上，混凝土底座3通過現(xiàn)澆的方式澆筑在需要支設(shè)聲屏障的部位，雙曲面鋸 齒型阻尼可控減載屏障如圖1所示，其由3部分組成，包括:聲屏障板1、立柱2和混凝土底座 3。聲屏障板1固定在兩根立柱2之間的卡槽4內(nèi)，立柱2通過底部預(yù)留的鋼筋5固定在混凝土 底座3上，混凝土底座3通過現(xiàn)澆的方式澆筑在需要支設(shè)聲屏障的部位，如高架鐵路橋梁或 者公路橋梁的兩側(cè)。立柱2如圖2所示。
[0036] 聲屏障板1由兩塊雙曲面板6、變異蜂巢隔聲體7和多級(jí)阻尼可控螺栓8組裝而成。 兩塊雙曲面板6通過端部焊接方法構(gòu)成聲屏障板1骨架，如圖3所示，。雙曲面板6內(nèi)均勻分布 若干正六邊形孔洞9,孔洞與孔洞之間留有一定的距離，雙曲面板6四周預(yù)留焊接固定區(qū)域， 雙曲面板6正面圖如圖4所示。雙曲面板6的曲率采用
為第i階頻率的聲波波長。
[0037] 變異蜂巢隔聲體7正立面圖如圖5所示，為六邊體結(jié)構(gòu)，六角預(yù)留螺栓孔洞10。變異 蜂巢隔聲體A-A剖面圖如圖6所示，由兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板11、隔聲板12組裝而成，恰似 由兩個(gè)六邊形漏斗尖對(duì)尖連接而成，形如沙漏。隔聲板11如圖7所示，其由兩部分組成，包括 雙面鋸齒形剛體13,吸聲材料14。剛體13的鋸齒采用波長為15mm-20mm的正弦波形。
[0038] 阻尼可控螺栓如圖8所示。阻尼可控螺栓由螺栓15、螺帽16、可調(diào)阻尼彈簧17和可 調(diào)阻尼彈簧18組成?？烧{(diào)阻尼彈簧17和可調(diào)阻尼彈簧18的長度及阻尼系數(shù)等參數(shù)根據(jù)當(dāng)?shù)?歷史最大風(fēng)速、列車的運(yùn)行速度、列車運(yùn)行的空氣動(dòng)力學(xué)特性和屏障厚度等確定?？烧{(diào)阻尼 彈簧的彈性系數(shù)可以采用下面公式進(jìn)行計(jì)算:k = G*d/(8*A*(B+C))其中:G為橫彈性系數(shù)，d 為橫彈性系數(shù)，A為彈簧的卷數(shù)，B為彈簧的內(nèi)徑，C為彈簧鋼絲的直徑。為了保證屏障的聲學(xué) 性能，可調(diào)阻尼彈簧1和2的直徑需采用一個(gè)漸變直徑，為C = D+fX0.1，其中D為彈簧端部鋼 絲直徑，f為漸變系數(shù)，可根據(jù)彈性系數(shù)k確定，一般取2或者3。
[0039]變異蜂巢隔聲體7可分為內(nèi)側(cè)安裝和外側(cè)安裝兩種安裝方法，內(nèi)側(cè)安裝法為:變異 蜂巢隔聲體7的兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板11卡住靠近軌道側(cè)的曲面板(6)安裝，如圖9。外側(cè) 安裝法則相反，變異蜂巢隔聲體7的兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板11卡住遠(yuǎn)離軌道側(cè)的曲面板 (6)安裝，如圖11所示。當(dāng)變異蜂巢隔聲體7采用內(nèi)側(cè)安裝時(shí)，高空中的自然風(fēng)在達(dá)到一定強(qiáng) 度后，將在推動(dòng)整個(gè)變異蜂巢隔聲體向線路內(nèi)側(cè)移動(dòng)的同時(shí)，使變異蜂巢隔聲體四周形成 一個(gè)通道，讓風(fēng)順利通過聲屏障，達(dá)到減載的目的，內(nèi)側(cè)安裝時(shí)的自然風(fēng)流向圖如圖10所 示。而在此時(shí)，列車引起的列車風(fēng)由軌道向外側(cè)將不能推動(dòng)變異蜂巢隔聲體。當(dāng)自然風(fēng)壓減 小后，在阻尼彈簧的作用下，變異蜂巢隔聲體將恢復(fù)到原來位置。
[0040] 反之，當(dāng)變異蜂巢隔聲體采用外側(cè)安裝時(shí)，高空中的列車風(fēng)在達(dá)到一定強(qiáng)度后，將 推動(dòng)整個(gè)變異蜂巢隔聲體向線路外側(cè)移動(dòng)，使變異蜂巢隔聲體四周形成一個(gè)通道，讓列車 風(fēng)順利通過聲屏障，達(dá)到卸載的目的，外側(cè)安裝時(shí)的自然風(fēng)流向圖如圖11所示。同時(shí)，線路 外側(cè)的自然風(fēng)將不能通過變異蜂巢隔聲體。列車通過后，列車風(fēng)消失，變異蜂巢隔聲體將恢 復(fù)原位。
[0041] 變異蜂巢隔聲體7的安裝方法可采用內(nèi)側(cè)安裝或者外側(cè)安裝法均可。采用哪種安 裝法取決于高架線路周邊空氣動(dòng)力學(xué)的模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定內(nèi)側(cè)和外側(cè)安裝的變 異蜂巢隔聲體個(gè)數(shù)，確保效果最佳。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙曲面銀齒型阻尼可控式減載屏障，其特征在于：該雙曲面銀齒型阻尼可控式 減載屏障包括聲屏障板(1)、立柱(2)和混凝±底座(3);聲屏障板(1)固定在兩根立柱(2)之 間的卡槽(4)內(nèi)，立柱(2)通過底部預(yù)留的鋼筋(5)固定在混凝±底座(3)上，聲屏障板(1)包 括兩塊雙曲面板(6)、變異蜂巢隔聲體(7)和多級(jí)阻尼可控螺栓(8)，聲屏障板（1)由兩塊雙 曲面板(6)通過端部焊接而成，雙曲面板(6)內(nèi)均勻分布有正六邊形孔桐，孔桐與孔桐之間 留有15-20mm距離，供變異蜂巢隔聲體(7)固定使用，雙曲面板(6)四周預(yù)留焊接固定區(qū)域； 變異蜂巢隔聲體(7)為六邊體結(jié)構(gòu)，六角預(yù)留螺栓孔桐（10)，變異蜂巢隔聲體(7)形狀類似 沙漏由兩塊六邊雙面銀齒型鋼板11在兩側(cè)通過螺絲夾住內(nèi)側(cè)隔聲板（12)而成，雙面銀齒型 鋼板（11)中間為雙面銀齒形剛體（13)，雙曲面銀齒形剛體11兩側(cè)表面敷設(shè)吸聲材料（14)， 雙面銀齒形剛體(13)的銀齒采用波長為15mm-20mm的正弦波波形； 多級(jí)阻尼可控螺栓（8)包括螺栓（15)、螺帽（16)、可調(diào)阻尼彈黃（17)可調(diào)阻尼彈黃 (18);可調(diào)阻尼彈黃（17)和可調(diào)阻尼彈黃（18)的長度及阻尼系數(shù)等參數(shù)根據(jù)當(dāng)?shù)貧v史最大 風(fēng)速、列車的運(yùn)行速度、列車運(yùn)行的空氣動(dòng)力學(xué)特性和屏障厚度確定，可調(diào)阻尼彈黃的彈性 系數(shù)可W采用下面公式進(jìn)行計(jì)算:k = G*d/(8*A*(B+C))其中:G為橫彈性系數(shù)，d為橫彈性系 數(shù)，A為彈黃的卷數(shù)，B為彈黃的內(nèi)徑，C為彈黃鋼絲的直徑； 可調(diào)阻尼彈黃（17)和（18)的直徑需采用一個(gè)漸變直徑，阻尼彈黃尾部直徑為C = D+fX 0.1，其中D為彈黃頭部鋼絲直徑，f為漸變系數(shù)，根據(jù)彈性系數(shù)k確定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙曲面銀齒型阻尼可控式減載屏障，其特征在于:變異蜂巢隔聲 體(7)的兩塊六邊雙面銀齒型鋼板(11)卡住靠近軌道側(cè)的曲面板(6)安裝。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙曲面銀齒型阻尼可控式減載屏障，其特征在于:變異蜂巢隔聲 體(7)的兩塊六邊雙面銀齒型鋼板(11)卡住遠(yuǎn)離軌道側(cè)的曲面板(6)安裝。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述雙曲面銀齒型阻尼可控式減載屏障，其特征在于:雙曲面板(6) 的曲率采用λι為第i階頻率的聲波波長。
【文檔編號(hào)】E01F8/00GK205576774SQ201620328153
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】羅錕, 雷曉燕, 馮青松, 劉林芽, 曾少輝
【申請(qǐng)人】華東交通大學(xué)