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，立柱通過底部預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，雙曲面板內均勻分布有正六邊形孔洞。本實用新型的優點在于：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，強度高。雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障是一種組合結果，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
技術領域
[0001] 本實用新型涉及軌道交通工程技術領域，尤其是一種雙曲面鋸齒型阻尼可控式減 載屏障。
【背景技術】
[0002] 高速鐵路、城際鐵路及城市軌道交通帶來的環境噪聲問題是制約軌道交通快速、 健康發展的關鍵問題之一。
[0003] 為解決鐵路噪聲的污染，聲屏障應運而生。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，會發生反射、透射和繞射三種現象，聲波的傳播會有 一個顯著的附加衰減，從而達到降噪的目的。經過幾十年的發展聲屏障的種類繁多，根據所 用的材料和結構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域時，會在線路兩側聲屏障范圍內產生強 大的風場，使得聲屏障承受巨大的列車風荷載。另外，隨著現在列車速度的提高，鐵路橋梁 占比越來越大，聲屏障所處高度也越來越高，從而導致鐵路橋梁上的聲屏障承受的自然風 載也越來越大，且方向反復無常。日積月累，聲屏障在長期的列車風和自然風荷載作用下， 極易產生疲勞破壞，嚴重時可導致列車安全事故。
【發明內容】
[0004] 本實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。本發明 以減小高架橋梁聲屏障所承受的風荷載為出發點，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，減小風荷載對聲屏障的影響，有效提高聲屏障的使用 壽命，可以說是既安全又環保。
[0005] 本實用新型的技術方案為：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，立柱通過底部預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，雙曲面板四周預留焊接固定區域;變異蜂巢隔聲體為六邊體結構，六角預留螺栓孔 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通過螺絲夾住內側 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表面敷設吸 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] 多級阻尼可控螺栓包括螺栓、螺帽、可調阻尼彈簧可調阻尼彈簧。可調阻尼彈簧和 可調阻尼彈簧的長度及阻尼系數等參數根據當地歷史最大風速、列車的運行速度、列車運 行的空氣動力學特性和屏障厚度等確定。可調阻尼彈簧的彈性系數可以采用下面公式進行 計算:k = G*d/(8*A*(B+C))其中：G為橫彈性系數，d為橫彈性系數，A為彈簧的卷數，B為彈簧 的內徑，C為彈簧鋼絲的直徑。
[0007] 為了保證屏障的聲學性能，可調阻尼彈簧17和18的直徑需采用一個漸變直徑，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，可根據彈性系 數k確定，一般取2或者3。
[0008] 變異蜂巢隔聲體可分為內側安裝和外側安裝兩種安裝方法，內側安裝法為: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的曲面板安裝，外側安裝法則相 反，變異蜂巢隔聲體的兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板卡住遠離軌道側的曲面板安裝。當變異蜂 巢隔聲體采用內側安裝時，高空中的自然風在達到一定強度后，將在推動整個變異蜂巢隔 聲體向線路內側移動的同時，使本變異蜂巢隔聲體四周形成一個通道，讓風順利通過聲屏 障，達到減載的目的，列車引起的列車風由軌道向外側將不能推動變異蜂巢隔聲體，當自然 風壓減小后，在阻尼彈簧的作用下，變異蜂巢隔聲體將恢復到原來位置;當變異蜂巢隔聲體 采用外側安裝時，高空中的列車風在達到一定強度后，將推動整個變異蜂巢隔聲體向線路 外側移動，使變異蜂巢隔聲體四周形成一個通道，讓列車風順利通過聲屏障，達到卸載的目 的，線路外側的自然風將不能通過變異蜂巢隔聲體，列車通過后，列車風消失，變異蜂巢隔 聲體將恢復原位。 _!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] 本實用新型的優點在于:應該是發明技術方案的直接結果。可以通過對發明結構 特征的分析和理論分析相結合或借助實驗數據方式予以說明。
[0011] 本專利的最大優點在于：
[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，結合實際情況，選擇面板厚度為0.25mm、 0 · 5mm、0 · 75mm、1mm四組屏障在ANSYS和LMS軟件中進行結構和聲學建模，在31 · 5~1000Hz頻 率段做三分之一倍頻程的諧響應分析，并將屏障兩端空氣中的算得的聲壓級相減，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、板材厚度等參數有關，最大隔聲量可達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中建立傳統直立型屏障和阻尼式減載屏障模型，分析不 同風速條件下的屏障面板支撐立柱底部承受的最大彎矩，其結果如下表所示。通過分析發 現，減載率通過控制阻尼彈簧1和阻尼彈簧2的彈簧系數，可使得減載率最高達60 %左右，而 且減載具有內外雙向減載等突出優點。
[0018] 表2減壓效果對比
[0019]
[0020] (3)雙曲面鋸齒型阻尼可控式減載屏障重量輕，強度高。
[0021] 由于該屏障是中空結構，使得其重量大大減輕。根據測試，阻尼式減載屏障的重量 大約是傳統屏障的1/3左右。在同等厚度條件下，抗彎強度比傳統屏障增加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阻尼可控螺栓結構示意圖；
[0031]圖9變異蜂巢隔聲體內側安裝圖；
[0032]圖10自然風流向圖；
[0033]圖11變異蜂巢隔聲體外側安裝圖；
[0034]圖12列車風流向圖。
【具體實施方式】
[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，立柱2通過底部預留的鋼筋5固定 在混凝土底座3上，混凝土底座3通過現澆的方式澆筑在需要支設聲屏障的部位，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，立柱2通過底部預留的鋼筋5固定在混凝土 底座3上，混凝土底座3通過現澆的方式澆筑在需要支設聲屏障的部位，如高架鐵路橋梁或 者公路橋梁的兩側。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成聲屏障板1骨架，如圖3所示，。雙曲面板6內均勻分布 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6四周預留焊接固定區域， 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，為六邊體結構，六角預留螺栓孔洞10。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 由兩個六邊形漏斗尖對尖連接而成，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、可調阻尼彈簧17和可 調阻尼彈簧18組成。可調阻尼彈簧17和可調阻尼彈簧18的長度及阻尼系數等參數根據當地 歷史最大風速、列車的運行速度、列車運行的空氣動力學特性和屏障厚度等確定。可調阻尼 彈簧的彈性系數可以采用下面公式進行計算:k = G*d/(8*A*(B+C))其中:G為橫彈性系數，d 為橫彈性系數，A為彈簧的卷數，B為彈簧的內徑，C為彈簧鋼絲的直徑。為了保證屏障的聲學 性能，可調阻尼彈簧1和2的直徑需采用一個漸變直徑，為C = D+fX0.1，其中D為彈簧端部鋼 絲直徑，f為漸變系數，可根據彈性系數k確定，一般取2或者3。
[0039]變異蜂巢隔聲體7可分為內側安裝和外側安裝兩種安裝方法，內側安裝法為:變異 蜂巢隔聲體7的兩塊六邊雙面鋸齒型鋼板11卡住靠近軌道側的曲面板(6)安裝，如圖9。外側 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卡住遠離軌道側的曲面板 (6)安裝，如圖11所示。當變異蜂巢隔聲體7采用內側安裝時，高空中的自然風在達到一定強 度后，將在推動整個變異蜂巢隔聲體向線路內側移動的同時，使變異蜂巢隔聲體四周形成 一個通道，讓風順利通過聲屏障，達到減載的目的，內側安裝時的自然風流向圖如圖10所 示。而在此時，列車引起的列車風由軌道向外側將不能推動變異蜂巢隔聲體。當自然風壓減 小后，在阻尼彈簧的作用下，變異蜂巢隔聲體將恢復到原來位置。
[0040] 反之，當變異蜂巢隔聲體采用外側安裝時，高空中的列車風在達到一定強度后，將 推動整個變異蜂巢隔聲體向線路外側移動，使變異蜂巢隔聲體四周形成一個通道，讓列車 風順利通過聲屏障，達到卸載的目的，外側安裝時的自然風流向圖如圖11所示。同時，線路 外側的自然風將不能通過變異蜂巢隔聲體。列車通過后，列車風消失，變異蜂巢隔聲體將恢 復原位。
[0041] 變異蜂巢隔聲體7的安裝方法可采用內側安裝或者外側安裝法均可。采用哪種安 裝法取決于高架線路周邊空氣動力學的模擬計算，根據計算結果確定內側和外側安裝的變 異蜂巢隔聲體個數，確保效果最佳。
【主權項】
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，立柱(2)通過底部預留的鋼筋(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)四周預留焊接固定區域； 變異蜂巢隔聲體(7)為六邊體結構，六角預留螺栓孔桐（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在兩側通過螺絲夾住內側隔聲板（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11兩側表面敷設吸聲材料（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； 多級阻尼可控螺栓（8)包括螺栓（15)、螺帽（16)、可調阻尼彈黃（17)可調阻尼彈黃 (18);可調阻尼彈黃（17)和可調阻尼彈黃（18)的長度及阻尼系數等參數根據當地歷史最大 風速、列車的運行速度、列車運行的空氣動力學特性和屏障厚度確定，可調阻尼彈黃的彈性 系數可W采用下面公式進行計算:k = G*d/(8*A*(B+C))其中:G為橫彈性系數，d為橫彈性系 數，A為彈黃的卷數，B為彈黃的內徑，C為彈黃鋼絲的直徑； 可調阻尼彈黃（17)和（18)的直徑需采用一個漸變直徑，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，根據彈性系數k確定。2. 根據權利要求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)卡住靠近軌道側的曲面板(6)安裝。3. 根據權利要求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)卡住遠離軌道側的曲面板(6)安裝。4. 根據權利要求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】E01F8/00GK205576774SQ201620328153
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月19日
【發明人】羅錕, 雷曉燕, 馮青松, 劉林芽, 曾少輝
【申請人】華東交通大學