專利名稱：一種高速鐵路聲屏障的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵路中使用的構(gòu)件，具體地，涉及一種高速鐵路聲屏障結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，中國高速鐵路發(fā)展迅猛，隨著2010年9月滬杭高鐵開通運營，中國已投入運 營的高速鐵路營運里程達(dá)到7055公里，居世界第一位。并將于2012年高速鐵路運營里程 達(dá)到1. 3萬km，超過其他各國總和。在高速鐵路里程迅猛發(fā)展的同時，列車的運營速度同樣 走在世界的前列，國產(chǎn)CRH3型“和諧號”動車組列車于2008年6月M日曾經(jīng)在京津城際 高鐵上創(chuàng)造了 394. 3公里的世界鐵路運營最高時速紀(jì)錄。2010年9月洲日，中國國產(chǎn)“和 諧號” CRH380A新一代高速動車組在滬杭高鐵試運行途中，最高時速達(dá)到416. 6公里，再次 刷新世界鐵路運營試驗最高速。因此我國有望突破目前350km/h的最高運營速度，率先進(jìn) 入380km/h甚至達(dá)到400km/h的高速。聲屏障是防治鐵路列車運行噪聲對周圍環(huán)境污染的主要措施之一，已在國內(nèi)外廣 泛采用。德國法蘭克福-科隆線路在列車運營速度250km/h 330km/h時，高速列車產(chǎn)生 的脈動風(fēng)壓力導(dǎo)致其設(shè)置的聲屏障的鋁合金單元插板斷裂，鋼立柱與基礎(chǔ)的連接螺栓松動 等，結(jié)果使得該條線路聲屏障不得不全線拆除重建。隨著高速列車速度的提高，列車高速運 行時施加給聲屏障的脈動風(fēng)壓力也越來越大，脈動風(fēng)壓峰值基本與速度平方成正比，脈動 頻率基本與速度成正比。目前設(shè)計與應(yīng)用尚無針對350km/h以上時速的聲屏障，其次目前 設(shè)計與應(yīng)用的聲屏障尚未解決好高速鐵路列車脈動風(fēng)壓力的長期動態(tài)與疲勞受力問題。因 此，設(shè)計出適合高速至400km/h，隔聲效果好且性能優(yōu)良，耐久性好的聲屏障結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為 當(dāng)今國際高速鐵路建設(shè)中的難題。目前聲屏障技術(shù)中，常用的高速鐵路聲屏障形式單一，主要有直立的金屬立柱插 金屬板聲屏障，整體混凝土聲屏障。金屬立柱插金屬板聲屏障采用H型鋼立柱，配合金屬鋁 合金等金屬單元板以及透明隔聲板使用。后者包括普通混凝土整體式聲屏障和預(yù)應(yīng)力整體 式聲屏障。對于普通混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障自重大，抗裂性差，耐疲勞性差，與路基 或橋梁連接薄弱，施工不便，發(fā)生病害后不易維修與更換。目前的金屬立柱插板式聲屏障， 常用的金屬插板結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)250km/h及以上速度高速列車脈動風(fēng)壓力的動態(tài)反復(fù)作用， 容易發(fā)生疲勞破壞?，F(xiàn)研發(fā)的帶肋的玻璃纖維加勁塑料單元插板(GRP)聲屏障具有良好的 力學(xué)性能與彈性變形能力，自重輕，降噪效果好，但其缺點是費用太過昂貴，不便推廣使用。 限于目前高速鐵路最高運營尚未突破350km/h，因此針對適合380 400km/h高速鐵路高噪 聲、高列車脈動疲勞荷載下的聲屏障結(jié)構(gòu)研究較少，更無實用結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有高速鐵路聲屏障耐久性差、設(shè)計形式單一等技術(shù)不足，本發(fā)明提供一 種結(jié)構(gòu)安全性高、耐疲勞、耐久性良好、施工方便、便于更換、造價低的高速鐵路聲屏障。高速鐵路聲屏障結(jié)構(gòu)的設(shè)計是列車氣動力受力要求與隔聲降噪要求相結(jié)合的結(jié)果。結(jié)構(gòu)首先必須滿足列車脈動風(fēng)荷載與自然風(fēng)荷載的條件下盡可能降低自重，并便于施 工安裝等。與此同時，為盡可能降低列車車身上部空氣動力噪聲而設(shè)置弧形吸聲頂部。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種高速鐵路聲屏障，包括H型鋼金屬立柱，插入H型鋼金屬立柱的預(yù)制混凝土吸 聲板，預(yù)制混凝土吸聲板上方安裝有透明隔聲板，在透明隔聲板的頂部設(shè)置弧形吸聲頂部。優(yōu)選地，預(yù)制混凝土吸聲板由預(yù)制混凝土插板和吸聲面板通過螺栓連接裝配而 成；預(yù)制混凝土插板的底部設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)配合有凸形橡膠墊；在預(yù)制混凝土插板插入H 型鋼的側(cè)端部采用槽形橡膠墊來固定混凝土插板以隔離高速鐵路噪聲；在預(yù)制混凝土插板 的頂部設(shè)有吊裝預(yù)埋螺栓孔。優(yōu)選地，預(yù)制混凝土插板厚度為8cm，并配置雙向預(yù)應(yīng)力鋼筋；吸聲面板選用水泥 基多孔材料制品。優(yōu)選地，在預(yù)制混凝土插板的頂部通過預(yù)埋螺栓來固定槽鋼，并通過頂推螺栓與 槽鋼固定透明隔聲板的底部；透明隔聲板兩側(cè)采用了緊固螺栓及固定橡膠條與H型鋼金屬 柱緊固。優(yōu)選地，弧形吸聲頂部包括設(shè)置在透明隔聲板兩側(cè)的異形連接槽鋼、插入異形連 接槽鋼的微孔板弧形吸聲體，兩側(cè)的異形連接槽鋼用一開口向下的槽鋼焊接連接，透明隔 聲板的頂部卡入異形連接槽鋼內(nèi)，并通過緊固螺栓、橡膠墊、鋼條固定；異形連接槽鋼為立 面呈弧形的槽鋼。優(yōu)選地，微孔板弧形吸聲體具有一空腔，空腔內(nèi)填充吸聲材料；連接槽鋼通過螺栓 與H型鋼立柱連接，連接槽鋼的腹板通過兩顆螺栓與H型鋼立柱的腹板連接。優(yōu)選地，H形金屬立柱下端連接于橋梁翼緣或路基上的縱梁上，在縱梁中預(yù)埋設(shè)置 U形螺栓，U形螺栓固定矩形鋼板于縱梁頂面，金屬立柱下端焊接連接于固定矩形鋼板，并 通過加勁鋼板加強連接。優(yōu)選地，聲屏障立柱間距為2. Om,對應(yīng)混凝土插板及透明板的寬度為1. 95m。優(yōu)選地，聲屏障立柱間距為1. 28m,對應(yīng)混凝土插板及透明板的寬度為1. 27m。優(yōu)選地，所述的隔聲透明板高1. Om 1. 5m、厚20mm，隔聲透明板采用加筋亞克力 材料制作。安裝過程中，首先安裝金屬立柱，可通過U形螺栓連接、焊接或預(yù)埋方式施工金屬 立柱，必要時將U形螺栓與連接鋼板焊接以防螺栓松動，之后，將預(yù)應(yīng)力混凝土插板插入金 屬立柱，其底部凹槽配合帶凸塊的橡膠墊，插板通過緊固螺栓、橡膠墊塊等固定于兩側(cè)H型 鋼立柱中，在混凝土插板的頂部設(shè)有固定槽鋼，透明板下端通過緊固螺栓與橡膠墊固定于 槽鋼內(nèi)，透明板側(cè)面通過墊塊、橡膠墊配合緊固螺栓固定于H型鋼內(nèi)，弧形吸聲頂部的異形 連接槽鋼通過連接螺栓固定于H型鋼頂端，弧形吸聲頂部的開口向下槽鋼結(jié)合緊固螺栓固 定透明隔聲板頂部。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點帶弧形吸聲頂部構(gòu)造的高速鐵路聲屏障能夠有效吸收并防止高速鐵路列車輪軌 噪聲與車體的空氣動力等噪聲向線路兩側(cè)傳播。H型鋼金屬立柱及預(yù)應(yīng)力混凝土插板，能夠 有效抵抗高速至400km/h列車的脈動風(fēng)荷載與自然臺風(fēng)荷載(50m/s風(fēng)速)長期疲勞作用。 下部預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單元插板在荷載下不出現(xiàn)拉應(yīng)力，有效防止插板的開裂。插板的剛度大，變形小，具有良好的抗疲勞性能、耐久性能，并在其內(nèi)側(cè)安裝吸聲板可有效吸收鐵路 噪聲，降噪效果顯著。制作預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障吸聲插板費用低，安裝更換便捷。隔聲透明 板實現(xiàn)高速列車乘客視野對聲屏障的要求，隔聲透明板采用1. Om 1. 5m高20mm厚加筋亞 克力等材料制作，隔聲效果良好，材料耐久性良好?；⌒挝曧敳坎捎梦⒖捉饘侔迮浜袭愋?連接槽鋼以及固定透明板槽鋼連接而成，便于工廠制作，現(xiàn)場安裝與更換便捷。吸聲頂部微 孔金屬板及內(nèi)部空腔填充隔聲材料，能有效吸收高速列車噪聲，特別是低頻的車體空氣動 力噪聲，減少噪聲在聲屏障頂部的繞射；其次，弧形頭部本身增高了聲屏障，向線路側(cè)的弧 形構(gòu)造進(jìn)一步提高聲屏障的有效隔聲高度，能夠有效降低噪聲，相比于通常高度、無弧形頂 部聲屏障，其降噪效果大大提高。適合應(yīng)用于對噪聲隔離要求很高的城市區(qū)域、學(xué)校、醫(yī)院、 居民區(qū)等位置。本發(fā)明聲屏障結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件采用工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝的方法施工，弧形吸聲頭 部、透明板、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單元插板，均可大規(guī)模工廠預(yù)制，現(xiàn)場安裝、更換施工便捷， 構(gòu)件合理受力。


圖1是本發(fā)明的高速鐵路聲屏障示意圖；圖2A是圖1中的高速鐵路聲屏障A-A剖面示意圖；圖2B是圖1中的高速鐵路聲屏障B-B剖面示意圖；圖2C是圖1中的高速鐵路聲屏障C-C剖面示意圖；圖3A是本發(fā)明的高速鐵路聲屏障中的預(yù)制混凝土吸聲板示意圖；圖;3B是圖3A中的預(yù)制混凝土吸聲板D-D剖面示意圖；圖3C是圖3A中的預(yù)制混凝土吸聲板E-E剖面示意圖；圖4是本發(fā)明的高速鐵路聲屏障透明隔聲板下部連接示意圖；圖5A是本發(fā)明高速鐵路聲屏障的弧形頂部、透明隔聲板與H型鋼連接示意圖；圖5B是圖5A中高速鐵路聲屏障的弧形頂部、透明隔聲板與H型鋼連接示意圖中 的F-F剖面示意圖；圖5C是圖5A中高速鐵路聲屏障的弧形頂部、透明隔聲板與H型鋼連接示意圖中 的G-G剖面示意圖；圖6A是本發(fā)明高速鐵路聲屏障的H型鋼金屬立柱與混凝土縱梁連接示意圖；圖6B是圖6A中的高速鐵路聲屏障的H型鋼金屬立柱與混凝土縱梁連接俯視示意 圖；圖7A是本發(fā)明的高速鐵路聲屏障H型鋼金屬立柱與預(yù)制混凝土吸聲板的連接示 意圖；圖7B是圖7A中的高速鐵路聲屏障的H型鋼金屬立柱與混凝土縱梁連接俯視示意 圖；圖中1、H型鋼金屬立柱，2、預(yù)制混凝土吸聲板，21、預(yù)制混凝土插板，22、吸聲面 板，23、螺栓，24、凹槽，25、螺栓孔，3、透明隔聲板，4、弧形吸聲裝置，7、凸形橡膠墊，8、槽形 橡膠墊，32、槽鋼。
具體實施例方式如圖1所示，高速鐵路聲屏障包括H型鋼金屬立柱1，插入H型鋼金屬立柱1的預(yù) 制混凝土吸聲板2，預(yù)制混凝土吸聲板2上方安裝有透明隔聲板3，在透明隔聲板3的頂部 設(shè)置弧形吸聲頂部4。預(yù)制混凝土吸聲板2由預(yù)制混凝土插板21和吸聲面板22通過螺栓23連接裝配 而成；為解決預(yù)制混凝土插板底部連接與隔聲的問題，預(yù)制混凝土插板21的底部設(shè)有凹槽 24,并配合凸形橡膠墊7實現(xiàn)預(yù)制混凝土插板21底部與混凝土縱梁的柔性連接并達(dá)到聲音 解耦的效果；與此同時，在混凝土插入H型鋼的側(cè)端部采用槽形橡膠墊8來固定混凝土插板 21并隔離高速鐵路噪聲；在預(yù)制混凝土插板21的頂部設(shè)有吊裝預(yù)埋螺栓孔25。預(yù)制混凝土插板21厚度為8cm，并配置雙向預(yù)應(yīng)力鋼筋；吸聲面板選用水泥基多 孔材料如木屑混凝土、珍珠巖多孔吸聲材料、礦棉吸聲板或聚酯纖維吸聲板等。吸聲面板通 過預(yù)埋于預(yù)制混凝土插板的螺栓孔連接。為提高連接整體性與整體耐久性，在預(yù)制混凝土插板21的頂部通過預(yù)埋螺栓31 來固定槽鋼32，并通過頂推螺栓與槽鋼32固定透明隔聲板3的底部；透明隔聲板3兩側(cè)采 用了緊固螺栓33及固定橡膠條34與H型鋼金屬柱緊固。透明隔聲板1. Om 1. 5m高20mm 厚，采用加筋亞克力材料制作。如圖7所示，弧形吸聲頂部包括異形連接槽鋼41、插入異形連接槽鋼的微孔板弧 形吸聲體42，兩端的異形連接槽鋼通過一開口向下的8號槽鋼43焊接連接，開口向下的8 號槽鋼43同時還用于固定透明隔聲板頂部，即透明隔聲板3的頂部卡入弧形吸聲頂部的向 下槽鋼43內(nèi)，并通過緊固螺栓、橡膠墊、鋼條固定。微孔板弧形吸聲體42其空腔內(nèi)亦可填 充吸聲材料。兩側(cè)的端部異形槽鋼41分別用螺栓與兩側(cè)H型鋼立柱連接，連接螺栓共10 顆，其中8顆為異形槽鋼翼緣同H型鋼翼緣連接螺栓，2顆為異形槽鋼腹板同H型鋼腹板連 接螺栓。H形金屬立柱1下端連接于橋梁翼緣或路基上的縱梁5上，在縱梁5中預(yù)埋設(shè)置U 形螺栓51，U形螺栓51固定矩形鋼板52于縱梁頂面，金屬立柱1下端焊接連接于固定矩形 鋼板51，并通過加勁鋼板53加強連接。金屬立柱通過預(yù)埋于橋梁翼緣處縱梁內(nèi)的U型螺栓連接固定。具體的固定連接 中，3根直徑20mm的U型螺栓固定一塊40cmX40cm連接鋼板于縱梁頂面，H型鋼角焊焊接 于連接鋼板，并采用4塊加勁板加強連接H型鋼及連接鋼板。必要時將U形螺栓與連接鋼 板焊接以防螺栓松動。聲屏障立柱間距標(biāo)準(zhǔn)值為2. Om,對應(yīng)混凝土插板及透明板的標(biāo)準(zhǔn)寬度為1. 95m, 在橋梁上的端部可根據(jù)實際情況調(diào)整為立柱間距1. ^m，對應(yīng)混凝土插板及透明隔聲板的 寬度為1.27111適合32111、2細(xì)、20111標(biāo)準(zhǔn)梁。并可根據(jù)不同的列車速度與自然風(fēng)荷載條件而具 體調(diào)整合適的寬度。本項發(fā)明聲屏障用于橋梁，亦可以用于路基聲屏障。對于金屬立柱的連接方式，可 采用H型鋼直接插入混凝土縱梁內(nèi)預(yù)埋的方法；也可以采用H型鋼焊接連接于預(yù)埋U型螺 栓固定的連接鋼板；還可以采用連接鋼板配合構(gòu)造鋼筋預(yù)埋于混凝土縱梁內(nèi)，并將H型鋼 焊接于連接鋼板固定。具體的施工過程
聲屏障的施工過程分為工廠預(yù)制與現(xiàn)場安裝兩個部分。(I)H型鋼在工廠按照設(shè)計 尺寸精確下料制作，并制作螺栓孔。(2)預(yù)應(yīng)力混凝土插板采用工廠預(yù)制生產(chǎn)，吸聲面板同 樣采用工廠預(yù)制。(3)弧形吸聲頂部異形槽鋼下料后焊接、矯正成型，并精確制作螺栓孔，底 部固定槽鋼精確下料，微孔隔聲體采用微空金屬板卷制而成，并在其空腔內(nèi)填充隔聲材料， 將微孔隔聲體插入兩端異形槽鋼，并將固定槽鋼焊接連接于兩端異形槽鋼形成弧形吸聲頂 部。(4)透明隔聲板嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸下料。(5)在現(xiàn)場安裝過程中，首先通過預(yù)埋U型螺 栓或構(gòu)造鋼筋連接鋼板預(yù)埋于橋梁翼緣或路基聲屏障縱梁內(nèi)，并將H型鋼焊接固定于連接 鋼板。(6)吊裝預(yù)制混凝土插板插入H型鋼之間，底部放置凸形橡膠墊(聲音解耦裝置)， 插入H型鋼的兩側(cè)放置槽形橡膠墊，并通過緊固螺栓固定預(yù)應(yīng)力混凝土插板。(7)再將透明 隔聲板插入H型鋼，底部插入安裝在混凝土插板頂部的槽鋼中，并通過緊固螺栓固定透明 板底部，透明板兩側(cè)放置墊塊、橡膠墊等并通過緊固螺栓連接固定。(8)將弧形吸聲頂部兩 端的異形槽鋼插入H型鋼，通過連接螺栓固定異形槽鋼與H型鋼，再將透明板頂部卡入向下 槽鋼部分通過緊固螺栓、橡膠墊連接緊固。
權(quán)利要求
1.一種高速鐵路聲屏障，包括H型鋼金屬立柱，插入H型鋼金屬立柱的預(yù)制混凝土吸聲 板，預(yù)制混凝土吸聲板上方安裝有透明隔聲板，在透明隔聲板的頂部設(shè)置弧形吸聲頂部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于預(yù)制混凝土吸聲板由預(yù)制混 凝土插板和吸聲面板通過螺栓連接裝配而成；預(yù)制混凝土插板的底部設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)配 合有凸形橡膠墊；在預(yù)制混凝土插板插入H型鋼的側(cè)端部采用槽形橡膠墊來固定混凝土插 板以隔離高速鐵路噪聲；在預(yù)制混凝土插板的頂部設(shè)有吊裝預(yù)埋螺栓孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于預(yù)制混凝土插板厚度為8cm， 并配置雙向預(yù)應(yīng)力鋼筋；吸聲面板選用水泥基多孔材料制品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于在預(yù)制混凝土插板的頂部通 過預(yù)埋螺栓來固定槽鋼，并通過頂推螺栓與槽鋼固定透明隔聲板的底部；透明隔聲板兩側(cè) 采用了緊固螺栓及固定橡膠條與H型鋼金屬柱緊固。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于弧形吸聲頂部包括設(shè)置在透 明隔聲板兩側(cè)的異形連接槽鋼、插入異形連接槽鋼的微孔板弧形吸聲體，兩側(cè)的異形連接 槽鋼用一開口向下的槽鋼焊接連接，透明隔聲板的頂部卡入異形連接槽鋼內(nèi)，并通過緊固 螺栓、橡膠墊、鋼條固定；異形連接槽鋼為立面呈弧形的槽鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于微孔板弧形吸聲體具有一空 腔，空腔內(nèi)填充吸聲材料；連接槽鋼通過螺栓與H型鋼立柱連接，連接槽鋼的腹板通過兩顆 螺栓與H型鋼立柱的腹板連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于H形金屬立柱下端連接于橋梁 翼緣或路基上的縱梁上，在縱梁中預(yù)埋設(shè)置U形螺栓，U形螺栓固定矩形鋼板于縱梁頂面， 金屬立柱下端焊接連接于固定矩形鋼板，并通過加勁鋼板加強連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于聲屏障立柱間距為2.0m，對應(yīng) 混凝土插板及透明板的寬度為1. 95m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于聲屏障立柱間距為1.28m，對 應(yīng)混凝土插板及透明板的寬度為1. 27m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鐵路聲屏障，其特征在于所述的隔聲透明板高 1. Om 1. 5m、厚20mm，隔聲透明板采用加筋亞克力材料制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵路中使用的構(gòu)件，具體地，涉及一種高速鐵路聲屏障。高速鐵路聲屏障包括H型鋼金屬立柱，插入H型鋼金屬立柱的預(yù)制混凝土吸聲板，預(yù)制混凝土吸聲板上方安裝有透明隔聲板，在透明隔聲板的頂部設(shè)置弧形吸聲頂部。本發(fā)明的帶弧形吸聲頂部構(gòu)造的高速鐵路聲屏障能夠有效吸收并防止高速鐵路列車輪軌噪聲與車體的空氣動力等噪聲向線路兩側(cè)傳播；下部預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單元插板在荷載下不出現(xiàn)拉應(yīng)力，有效防止插板的開裂，具有良好的抗疲勞性能、耐久性能，制作預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障吸聲插板費用低，安裝更換便捷。適合應(yīng)用于對噪聲隔離要求很高的城市區(qū)域、學(xué)校、醫(yī)院、居民區(qū)等位置。
文檔編號E01B19/00GK102051843SQ20101061701
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者勾紅葉, 施洲, 鄧躒, 霍學(xué)晉, 高玉峰 申請人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 西南交通大學(xué)