CN100575610C - 吸隔声屏障 - Google Patents

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Abstract

本发明属于吸声、隔声、减振装置,涉及公路及铁路两侧用于吸隔噪声的屏障。其包括吸隔声屏板和支撑框架,吸隔声屏板与支撑框架之间或/和支撑框架与基座之间采用弹性元件或/和阻尼元件进行连接;其中,弹性元件与阻尼元件可以采用串联、并联,或集成为一体。本发明在不改变现有吸隔声屏障材质和性能的情况下,大大提高了吸隔声屏障抗外界激振力破坏的能力,并对与吸隔声屏障相连的基座实现了有效的保护,使用寿命长,抗风压能力强,对桥梁、道路基础或墩台静载增加少,动载作用小,安全性、经济性与环保性俱佳。

Description

吸隔声屏障
技术领域
本发明涉及噪声控制和振动控制领域,属于一种吸声、隔声、减振装置,具体为一种在 公路及铁路两侧用于吸隔噪声的屏障。
背景技术
各种车辆在公路或铁路上运行过程中会产生强烈的噪声,为了减轻噪声对生产设施、建 筑和人们生活的影响,在穿过桥梁、居住区或工业区的公路或铁路旁通常会设置吸隔声屏障 来实现隔音降噪。随着人们生活节奏的加快,机动车的车速越来越高,许多客运轨道车辆已 提速到200-250公里/小时,将来甚至要提速到300-350公里/小时,但是,目前使用的吸隔 声屏障出于功能性和经济性的要求以及安装结构的限制,通常所使用材料的质量较轻,幅面
较大,刚性较差,抗振能力不强,当车辆低速通过时尚可满足使用要求,但当车辆高速通过 时,由于空气压力的变化会形成拉力和吸力交替的交变激振力,特别是车头进入和车尾离开 时所形成的出入风压,使吸隔声屏障产生强烈的振动。 一方面,吸隔声屏板较差的刚性和较 小的阻尼会因为共振振幅被放大,各构件应力循环次数多,时间一久,容易造成吸隔声屏板 的疲劳损坏;另一方面,这种强烈的振动会对吸隔声屏障的框架支腿连接部乃至与其相连的 桥梁、道路基础或墩台形成较大的破坏,如造成支腿连接部断裂,连接螺栓松动,相连部混 凝土出现裂纹甚至剥离等,严重影响吸隔声屏障的使用寿命,不但造成巨大的经济浪费,甚 至还威胁到交通安全和道路基础设施的安全。在多风地区的风力较大路段两侧设置的吸隔声 屏障,因为风力的影响也存在着同样的问题。此类问题己经成为全球范围内噪声污染控制领 域的一个亟待解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷,提供一种能够有效缓冲衰减外来激振力的吸隔声屏障, 其具有使用寿命长,衰减外来激振快的特点,可以有效保护吸隔声屏障本身以及与其相连的 桥梁、道路基础或墩台。
本发明是这样实现的,包括吸隔声屏板和支撑框架,吸隔声屏板与支撑框架之间或/和支 撑框架与基座之间采用弹性元件或/和阻尼元件进行连接。其中,弹性元件与阻尼元件可以采 用串联,或并联,或集成为一体。所述的弹性元件包括弹簧、橡胶、弹性聚氨酯或绳索等,阻尼元件为阻尼器或粘弹性阻尼材料等。
当弹性元件和阻尼元件设置在支撑框架与基座之间时,支撑框架至少有一处通过弹性元 件或/和阻尼元件与基座相连,支撑框架可以沿吸隔声屏板法向弹性平移或绕吸隔声屏板纵向 弹性摆动,且激振频率与平移固有频率或摆动固有频率的比值大于1.4。支撑框架下端设有 抗弯的直支腿、L形支腿、倒T形支腿、或三角形支腿,或法兰、带加强筋的法兰。支撑框 架还可以设有沿吸隔声屏板法向的水平导向装置,所述的水平导向装置设有直线滚动轴承、 或直线滑动轴承、或导向孔、或沿线路垂向刚度远大于沿吸隔声屏板法向刚度的橡胶弹簧, 弹性元件和/或阻尼元件至少沿吸隔声屏板的法向作用。也可以将支撑框架的支腿下端插入设 置于基座的座筒内,在支撑框架支腿和座筒之间设置弹性元件和/或阻尼元件。还可以将支撑 框架下端与基座铰接,支撑框架离开铰接点任意一点通过弹性元件和/或阻尼元件与基座连 接。
当弹性元件和阻尼元件设置在吸隔声屏板与支撑框架之间时,将吸隔声屏板通过弹性元 件或/和阻尼元件与支撑框架相连,使吸隔声屏板可以沿其法向弹性移动或绕线路纵向摆动, 且激振频率与平移固有频率或摆动固有频率的比值大于1.4。也可以在支撑框架上设置绳索 和/或阻尼器,其中绳索两端与支撑框架相连并张紧,吸隔声屏板悬吊在绳索上,阻尼器的一 端连接在框架上,另一端与吸隔声屏板相连。
传统的吸隔声屏障与基础采用刚性联结,采用以刚克刚的方法,激振力的共振放大不可 避免,要保证吸隔声屏板本身和基座联结处不破坏,造价很高,自重增加很多,增加桥梁负 荷,仍难以保证吸隔声屏板和与基座联结处不破坏。
吸隔声屏板或/和支撑框架采用本发明的方式利用弹性元件或/和阻尼元件联接后,吸隔 声屏板或支撑框架在风压脉冲压吸力作用下可以沿吸隔声屏板法向弹性平移或绕吸隔声屏板 纵向弹性摆动,由于采用了弹性元件连接,使得平移固有频率或摆动固有频率可以远低于风 压的作用频率(正负风压脉冲作用时间的倒数),根据动力学隔振原理,这时激振力大部分被
支撑框架本身的惯性质量所平衡,传到基座上的激振力被大幅衰减;如果同吋采用了阻尼元 件,支撑框架和吸隔声屏板的振动衰减很快,吸隔声屏板、支撑框架和基座连接部位的疲劳 应力循环次数将大幅减少。
如果隔声屏障不采用弹性元件,而是只在固定联结的基础上增加阻尼元件连接,隔声屏 障的固有频率一般会处于共振范围,这时阻尼元件的阻尼可以抑制共振的幅度,加快振动的 衰减,从而保护吸隔声屏障和基座的连接部位,也有较好的效果。另外由于支撑框架采用上述支腿和法兰,加大了动弯矩的作用力臂,降低了吸隔声屏障 对基座连接部位的弯矩和剪力集中作用,使基座不易疲劳损坏。支撑框架立柱间的吸隔声屏板本身也可以通过设置预紧绳索或抗弯型材或桁架来提高吸 隔声屏板的抗弯刚度,或通过增设约束阻尼或质量调谐阻尼器的方法来增加吸隔声屏板的阻 尼。这些措施可以减少吸隔声屏板本身的共振幅度,加快振动衰减,降低吸隔声屏板的疲劳 应力和循环次数,提高吸隔声屏板本身的其寿命和安全性。本发明通过在吸隔声屏板与支撑框架之间或/和支撑框架与基座之间设置弹性元件或/和 阻尼元件,在不改变现有吸隔声屏障材质和性能的情况下,大大提高了吸隔声屏障抗外界激 振力破坏的能力,并对与吸隔声屏障相连的基座实现了有效的保护,因此其具有使用寿命长, 抗风压能力强,对桥梁、道路基础或墩台静载增加少,动载作用小等优点,安全性、经济性 与环保性俱佳。附图说明图1为本发明的结构示意图之一。图2为图1的左视图。图3为本发明的结构示意图之二。图4为本发明的结构示意图之三。图5为本发明的结构示意图之四。图6为本发明的结构示意图之五。图7为本发明的结构示意图之六。图8为本发明的结构示意图之七。图9为图8的A-A剖视图。图10为本发明的结构示意图之八。图11为本发明的结构示意图之九。图12为本发明的结构示意图之十。 具体实施方式 实施例一如图l、图2所示的本发明吸隔声屏障,包括支撑框架1和吸隔声屏板2,吸隔声屏板2设置在支撑框架1内,支撑框架1与基座5之间并联地设置有弹性元件和阻尼元件,其中, 弹性元件为弹簧3,阻尼元件为阻尼器4。利用预设在基座5内的地脚螺栓16 (图中未具体 示出)将支撑框架1与基座5预紧地连接在一起。为加强支撑框架底部的抗弯刚度,支撑框 架的下部设置有斜向加强筋17,使支撑框架下部形成三角形支腿。当车辆经过或风吹形成的外界激振力作用于吸隔声屏障时,由于吸隔声屏障与基座之间 弹簧3和阻尼器4的存在,吸隔声屏障可以沿吸隔声屏板的法向平移以及绕吸隔声屏板纵向 弹性摆动,如果使激振频率与平移固有频率或摆动固有频率的比值大于1.4,根据动力学隔 振原理,这时不仅避开了共振,激振力反而大部分被支撑框架本身的惯性质量所平衡,传到 基座上的激振力被大幅衰减,由于同时采用了阻尼元件4,支撑框架和吸隔声屏板的振动衰 减很快,吸隔声屏板、支撑框架和基座连接部位的疲劳应力循环次数将大幅减少。同时,三角形支腿加大了支撑框架与基座的连接面积和弯矩作用力臂,大大降低了吸隔声屏障振动过程中在支腿处形成的弯矩和剪力集中载荷对基座5连接部位的影响,有效 的保护了吸隔声屏障和基座。此外,可以在吸隔声屏板2的表面交错设置张紧的钢丝绳12,以提高吸隔声屏板2自身 的抗弯刚度和阻尼,从而降低振动时吸隔声屏板本身的变形和疲劳破坏,进一步延长吸隔声 屏板的使用寿命。当然通过在吸隔声屏板之间设置抗弯型材或桁架等技术手段也可以实现同 样的效果。为克服吸隔声屏板自身阻尼较小、易发生振动的缺陷,可以在制造吸隔声屏板时 尽可能选用阻尼系数较高的材料或通过在吸隔声屏板外面附加约束阻尼材料(图中未示出), 或质量调谐阻尼器(图中未示出)的方法增加吸隔声屏板的自身阻尼,以抑制吸隔声屏板本 身的共振。在利用地脚螺栓16将支撑框架1与基座5预紧地连接在一起时,可以通过控制对弹簧3 的预紧力控制弹簧的起始工作载荷,外部激振力小于起始工作载荷时,弹簧呈刚性,可以避 免吸隔声屏板的小幅颤动,外部激振力超过起始工作载荷后,弹簧幵始进入弹性状态,具有 缓冲减振作用,但预紧力不要超过弹簧额定载荷,否则弹簧3将失去缓冲减振作用。所述的 弹簧不仅仅指螺旋弹簧,也可以是碟簧、板簧、橡胶弹性垫或其它种类的弹簧。如果支撑框 架支腿水平段部分本身的强度足够的话,也可以不设置加强筋17,此时支撑框架从侧面看即 是所说的"L"型。3和阻尼器4,造成吸隔声屏的抗振能力下降, 可以在弹簧3和阻尼器4外部设置防护罩给予保护。本实施例只示出了一跨吸隔声屏障,实际上本发明同样适用于多跨连续的吸隔声屏障, 除了适用于的吸隔声屏障外,也适用于单纯的隔声屏障或单纯的吸声屏障,只需将吸隔声屏 板相应的替换为吸声屏板或隔声屏板,都可以实现同样的保护作用。实施例二如图3所示本发明吸隔声屏障,与实施例一的区别在于,吸隔声屏障支撑框架1的支腿 与基座5之间设有导向装置导向支座18,导向支座18上设有沿吸隔声屏板法向的水平导向 孑L,使支撑框架支腿可以相对导向支座18水平移动,相应的弹簧3和阻尼器4也改为水平 方向设置于支腿和导向支座18之间,导向支座18与基座5用螺栓固定联结。吸隔声屏板2承受外界激振力后,带动支撑框架l沿吸隔声屏板法向弹性平移,其惯性 质量平衡掉了大部分激振力,同时压縮或拉伸弹簧3和阻尼器4,根据前述隔振减振原理, 弹簧3和阻尼器4会缓冲并吸收振动能量,使振动迅速衰减。由于吸隔声屏障的支腿加大了 弯矩作用力臂,因此在缓冲外界激振力的同时,也大大降低了吸隔声屏障发生振动过程中在 支腿处形成的弯矩和集中载荷,对基座5的影响更小。本实施例采用水平导向装置限制了作隔声屏障的摆动,吸隔声屏板本身上部的加速度较 小,有利于提高保护吸隔声屏板本身的寿命。当然在导向支座上也可以设置直线滚动轴承、 或直线滑动轴承做为水平导向装置,都可以起到很好的效果。实施例三如图4所示本发明吸隔声屏障,与实施例一的区别在于支撑框架1与基座5之间设置叠 层橡胶支座6,如2005年9月7日公告的专利号为ZL3112549. 2之中国专利中所描述的隔震 支座,其可视为弹性元件和阻尼元件的集成。这种叠层橡胶支座6在垂直方向的刚度极大,但在水平方向弹性很好,因此起水平方向 导向作用。由于可以实现较大的水平剪切变形,限制了吸隔声屏障的摆动,因此同时具有导 向功能、弹性功能和阻尼功能,所以当吸隔声屏障受到外界激振力时,叠层橡胶支座6可以 发生沿吸隔声屏板法向的较大水平弹性移动,实现有效的缓冲隔振,从而保证吸隔声屏板2、 支撑框架1支腿和基座5免受破坏。本实施例同时具有实施例二的优点,但结构更简单、紧凑,经济实用。实施例四如图5所示本发明吸隔声屏障,与实施例一的区别在于支撑框架1与基座5之间改为铰 接,同时在支撑框架下部设置辅助斜向支撑,具体为一拉杆7,拉杆7的一端与支撑框架1 铰接,拉杆7的另一端置于隔振器14内,隔振器14与基座5铰接,隔振器14内设置有碟簧 8,并使吸隔声屏障的激振频率与固有频率的比值大于1.4,如2-3倍。由于碟簧8兼有弹性 和阻尼特性,因此相当于弹性元件和阻尼元件的集成。当振动发生时,吸隔声屏板2承受外部激振力带动支撑框架1发生摆动振动,支撑框架 1带动拉杆7拉压隔振器14内部设置的碟簧8。由于碟簧8既有弹性又有阻尼特性,因此可 以通过前述隔振减振原理有效的缓冲吸收振动能量,使振动迅速衰减,有效的防止了吸隔声 屏板2因剧烈振动形成的疲劳破坏,大大延长了吸隔声屏板2的使用寿命。又由于支撑框架 l与基座5之间的连接为铰接,因此支撑框架1和基座5基本不承受转矩,载荷集中轻,故 而受到的损害也很轻。本实施例由于吸隔声屏障只能弹性摆动,吸隔声屏障下部的激振力没有得到完全隔离衰 减,虽没有实施例一或实施例二效果好,但构造简单,工作可靠,经济实用。 实施例五如图6所示本发明吸隔声屏障,与实施例一和实施例四的区别在于支撑框架1与基座5 之间设置弹簧3,同时拉杆7上并联设置弹簧3和阻尼器4。支撑框架1的支腿设置成倒"T" 型。当吸隔声屏障受激振力时,吸隔声屏障既可以弹性平移,也可以弹性摆动,利用支撑框 架1与基座5之间设置的弹簧缓冲吸收主要水平移动和剪力,利用拉杆7上设置的弹簧3和 阻尼器4缓冲吸收主要摆动和摆动弯矩,与实施例一相比,由于拉杆的减振消能作用,隔声 屏障上部摆动幅度较小,吸隔声屏板本身上部加速度较小,对基座的集中剪力和弯矩更小, 可以更好的实现对吸隔声屏障本身及基座的保护。实施例六如图7所示的本发明吸隔声屏障,与实施例五的区别在于,当受安装空间限制无法设置 斜向辅助支撑时,可以在支撑框架1下端设置法兰扩大框架与基座之间的联结面积,在法兰 和与基座5之间设置弹性聚氨酯垫板9,为加强弹性聚氨酯垫板9的弹性,在其内部发泡或 设置若干小孔。利用预设在基座5上的紧固件IO将吸隔声屏障与基座连接在一起,同时在支撑框架法兰上方设置预紧弹簧3,并适当预紧。当振动发生时,吸隔声屏板2承受外部激振力带动支撑框架1发生振动,由于弹性聚氨 酯垫板9具有良好的弹性和阻尼特性,以及预紧弹簧3的存在,吸隔声屏板可以同支撑框架 一起绕线路纵向作弹性摆动,并可沿吸隔声屏板法向稍有平移(法兰螺栓孔应留有足够间隙), 根据隔振减振原理可以很好地缓冲吸收激振力,衰减振动循环次数,很好的保护吸隔声屏障 及基座免受破坏。本实施例减振效果一般低于前述的几个实施例,但需要空间小,结构紧凑,经济实用。 实施例七如图8、图9所示,为减轻吸隔声屏障发生振动过程中弯矩和集中载荷对基座5的影响, 吸隔声屏障的支撑框架1与基座5之间采用直插式连接,在基座5内设置限位座11,限位座 11与支撑框架1的直插支腿之间设置做为弹性元件和阻尼元件的橡胶垫9。吸隔声屏板2受外界激振力发生振动时,由于橡胶垫被压縮后可以实现较大的水平位移, 因而吸隔声屏板和框架可以作弹性平移和弹性摆动,根据前述隔振减振原理,支撑框架1相 连的橡胶垫9会缓冲吸收振动能量,迅速衰减振动;同时由于支撑框架1埋入基座5的部分 较长,因此可以承受较大的转矩,降低了载荷集中。本例仅在支撑框架刚进入基座时和未端两个位置设置了限位座和橡胶垫,在应用时,根 据实际需要也可以适当增加设置限位座和橡胶垫的数目,甚至在基座面以下整体设置。 实施例八如图IO所示,与实施例七的区别在于,为避免支撑框架1支腿反复挤压橡胶垫9的过程 中,橡胶垫9产生破坏和松动,也可以将支撑框架1置于基座内的支腿设为圆管,相应的可 以选择成品管材制成外套筒11,中间采用一个整体的或上下共两个环形橡胶减振垫,外套筒 可以浇筑到基座内,也能实现同样的减振效果,结构更紧凑、更耐用,安装更简单,且美观 实用。实施例九本发明吸隔声屏障中的弹性元件和阻尼元件除设置在支撑框架与基座之间外,还可以设 置在吸隔声屏板与支撑框架之间。如图11所示,吸隔声屏板2嵌入设置在支撑框架1的H型 钢立柱内,在支撑框架1与吸隔声屏板2之间设置弹簧3和阻尼器4。当吸隔声屏板2受到外来激振力作用发生振动时,吸隔声屏板可以沿其法向弹性平移, 如果使其激振频率与平移固有频率的比值大于1.4,如2-3倍,这时弹簧3和阻尼器4会缓 冲吸收振动能量,使吸隔声屏板2迅速趋于稳定,免于受损。同时,由吸隔声屏板2传递给 支撑框架1的振动较小,因此对支撑框架的支腿及基座连接部位的动力影响也相应降低。实施例十本发明吸隔声屏障中所说的弹性元件还包括绳索,如钢丝绳,如图12所示,利用锁扣 15将吸隔声屏板2与钢丝绳12中间段固定连接在一起,钢丝绳一端固定在支撑框架1下部, 另一端通过张紧度调节螺栓13固定在支撑框架1上部。这样,利用钢丝绳12将吸隔声屏板 2悬吊在支撑框架1内,并在吸隔声屏板2与支撑框架1之间还设置有阻尼器4。使用时,通过调整张紧度调节螺栓13张紧钢丝绳12,使其激振频率与平移固有频率的 比值大于1.4,如2-3倍。当吸隔声屏板2受到外来激振力作用吋,由于吸隔声屏板2处于 一种悬吊的自由状态,因此其会向受力的方向发生位移,激振力被其惯性质量大部分平衡, 这样吸隔声屏板2受到的影响较小,其传递给支撑框架1的振动也较轻,又由于在吸隔声屏 板2与支撑框架1之间还设置有阻尼器4,振动被阻尼迅速衰减,振动循环次数较少,因此 对支撑框架及基座的振动和疲劳影响也相应降低。当然在水平方向将钢丝绳12与吸隔声屏板2连接在一起并张紧,利用钢丝绳12将吸隔 声屏板2悬吊在支撑框架1内,或在支撑框架1的四个边框上分别设置钢丝绳12将吸隔声屏 板2悬吊在支撑框架1内,再辅助以阻尼器4共同缓冲并吸收振动能量,也都可以实现很好 的效果。本实施例的优点是,通过调节钢丝绳的张力,可以简单地调整吸隔声屏板的固有频 率。上述本发明的实施方案可以单独使用,也可以组合使用,都能实现很好的效果。本发明吸隔声屏障,采用以柔克刚的原理,利用弹性元件和阻尼元件将吸隔声屏板或支 撑框架的刚性支撑改为弹性支撑,缓冲了吸隔声屏障对支撑框架以及支撑框架对基座的振动 作用强度,降低了振动作用循环次数,使吸隔声屏障工作可靠,使用寿命长,抗风压能力强, 对桥梁、道路基础或墩台静荷重增加少,动荷载疲劳作用小,可望有效解决高速铁路吸隔声 屏障容易损坏的世界难题,具有极高的推广应用价值。

Claims (5)

1、一种吸隔声屏障,包括吸隔声屏板和支撑框架,吸隔声屏板与支撑框架之间或/和支撑框架与基座之间采用弹性元件和阻尼元件进行连接,其特征在于弹性元件与阻尼元件串联、并联或集成为一体,弹性元件为弹簧、橡胶、弹性聚氨酯或绳索,阻尼元件为阻尼器或粘弹性阻尼材料,支撑框架下端设有抗弯的直支腿、L形、倒T形、或三角形支腿,支撑框架的支腿下端插入设置于基座的座筒内,在支撑框架支腿和座筒之间设有弹性元件和/或阻尼元件。
2、 根据权利要求1所述的吸隔声屏障,其特征在于支撑框架可以沿吸隔声屏板法向弹性平移 或绕吸隔声屏板纵向弹性摆动,且激振频率与平移固有频率或摆动固有频率的比值大于 1.4。
3、 根据权利要求1所述的吸隔声屏障,其特征在于吸隔声屏板可以沿其法向弹性移动或绕线 路纵向摆动,且激振频率与平移固有频率或摆动固有频率的比值大于1.4。
4、 根据权利要求3所述的吸隔声屏障,其特征在于支撑框架上设置绳索和阻尼器,其中绳索 两端与支撑框架相连并张紧,吸隔声屏板悬吊在绳索上,阻尼器的一端连接在框架上,另 一端与吸隔声屏板相连。
5、 根据权利要求1所述的吸隔声屏障,其特征在于支撑框架立柱间的吸隔声屏板通过设置预 紧绳索或抗弯型材或桁架提高吸隔声屏板的抗弯刚度,或通过设置约束阻尼或质量调谐阻 尼器增加吸隔声屏板的阻尼。
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