CN106638343B

CN106638343B - 阻尼式铁路金属声屏障系统

Info

Publication number: CN106638343B
Application number: CN201611230130.XA
Authority: CN
Inventors: 水春雨; 倪光斌; 茹旭; 阮志刚
Original assignee: Energy Saving & Environmental Protection & Occupational Safety And Health Research Institute China Academy Of Railway Sciences; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; China Railway Economic and Planning Research Institute
Current assignee: Energy Saving & Environmental Protection & Occupational Safety And Health Research Institute China Academy Of Railway Sciences; China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; China Railway Economic and Planning Research Institute
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: CN106638343A

Abstract

本发明针对我国高铁声屏障系统存在的弊端，开发了全新概念的阻尼式铁路金属声屏障系统，适用于高速铁路、城际铁路、客运专线、轨道交通等领域，属于环境保护领域中的振动和噪声治理技术领域，主要包括阻尼型金属声屏障单元板壳体、单元板吸声组件、安装用阻尼器件和声屏障偏置钢立柱；阻尼型金属声屏障单元板安装在声屏障偏置钢立柱上。本发明的阻尼式铁路金属声屏障系统利用多重阻尼耗散能量，有效削弱脉动荷载的传递，降低了脉动力传递到声屏障壳体和钢立柱的荷载；提高吸声材料整体刚度，杜绝吸声系统坍塌，减轻声屏障板体重量，降低荷载，提升低频吸声系数，从而提高声屏障系统安全运行寿命和运行中的检查维护。

Description

阻尼式铁路金属声屏障系统

技术领域

本发明涉及一种由阻尼型声屏障单元板壳体、单元板吸声组件、安装用阻尼器件和偏置式H型钢立柱组成的阻尼式铁路金属声屏障系统，属于环境保护领域中的振动和噪声治理技术领域。

背景技术

近些年，我国建设了大量高铁并投入运行，为解决高铁运行产生的噪声污染，大量应用了声屏障系统。

当前，我国投入使用的高铁金属声屏障，采用薄壳扣合结构金属单元板，结构刚度差，安装时仅使用薄壁橡胶管隔离振动，而薄壁橡胶管压缩永久性变形大，很快就会失去功效，使金属板体直接承受脉动荷载，易引发结构疲劳损伤；内部用水泥质板材支撑吸声棉作为其吸声系统，在实际使用出现大量问题，运行中的声屏障内部，水泥板出现开裂、岩棉塌落的比例很高，伴随着的就是的失效，导致声屏障失去吸声功能。安装用H型钢立柱采用对称式螺栓设计，板体安装后，处于外侧的螺栓，无法检查维护，带来极大的安全风险。

因此，提供一种能有效削弱脉动荷载，提高声屏障系统结构安全及抗疲劳寿命，并便于检查维护的阻尼式铁路金属声屏障系统就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是，针对我国高铁声屏障系统存在的弊端，开发一种全新概念的阻尼式铁路金属声屏障系统，适用于高速铁路、城际铁路、客运专线、轨道交通等领域，可有效削弱脉动荷载，提高声屏障系统结构安全及抗疲劳寿命，并便于检查维护。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：主要包括阻尼型金属声屏障单元板壳体、单元板吸声组件、安装用阻尼器件和声屏障偏置钢立柱；其中所述阻尼型金属声屏障单元板壳体和单元板吸声组件共同组成阻尼型金属声屏障单元板；所述阻尼型金属声屏障单元板安装在声屏障偏置钢立柱上，所述安装用阻尼器件包括：位于金属声屏障组合顶端的冲孔面板、背板和主梁型材之间的阻尼结构，位于金属声屏障单元层间的阻尼结构，位于金属声屏障组合与保护盖型材之间的阻尼结构，位于金属声屏障单元两端双侧与安装用H型钢之间的阻尼结构；所述单元板吸声组件设置在所述阻尼型金属声屏障单元板上；所述声屏障偏置钢立柱包括H型钢、加筋板、钢底板、基础预埋螺栓、螺母、U形螺栓、柱顶压板、安装孔、柱顶内侧圆角和压板孔；所述H型钢、钢底板和加筋板焊接成型，所述钢底板设有安装孔；所述H型钢的端部设有吊装孔；所述柱顶压板设有压板孔；H型钢通过吊装孔、压板孔和U形螺栓与柱顶压板相连接；钢底板通过安装孔和基础预埋螺栓与基面相连接。

优选地，所述位于金属声屏障组合顶端的冲孔面板、背板和主梁型材之间的阻尼结构为：减载阻尼条位于所述冲孔面板和主梁型材或者所述背板和主梁型材之间；两侧各设有两个减载阻尼条，一侧的两个减载阻尼条安装在冲孔面板和主梁型材之间，另一侧的两个减载阻尼条安装在背板和主梁型材之间，减载阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条。

优选地，所述的单元板吸声组件包括岩棉、加强龙骨和保护面层，岩棉设有沟槽；岩棉和保护面层之间为粘接，粘贴材料为气雾喷胶；加强龙骨安装时插入岩棉的沟槽。

优选地，所述岩棉为玄武岩纤维岩棉；加强龙骨为铝合金材料；保护面层为经耐候处理的无纺布、不锈钢丝网或其他。

优选地，所述位于阻尼型金属声屏障单元板层间的阻尼结构为：包括铝合金主梁型材，冲孔面板，背板，两侧各设有一个层间阻尼条；铝合金主梁型材设有对称的两个安装槽，层间阻尼条镶嵌在铝合金主梁型材的安装槽中；冲孔面板和背板为铝合金板材；层间阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条。

优选地，所述位于阻尼型金属声屏障单元板组合与保护盖型材之间的阻尼结构为：包括铝合金主梁型材，冲孔面板，背板，下端设有五个解耦阻尼条，解耦阻尼条位于铝合金型材构成的解耦阻尼条上罩和保护盖型材之间，解耦阻尼条上罩和保护盖型材扣接，解耦阻尼条上罩与铝合金主梁型材一体化或是独立式结构连接；冲孔面板和背板为铝合金板材，解耦阻尼条上罩和保护盖型材均为铝合金型材；解耦阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条。

优选地，所述解耦阻尼条上罩为倒山字形结构，一个横杆和三个竖臂，三个竖臂各设有一个开口向下的承插槽，其中，组合上罩型材两侧的承插槽的外侧突出的小臂设有供与保护盖型材扣接的扣件；保护盖型材为W型结构，设有五个凹槽，中间的三个凹槽与独立上罩型材或组合上罩型材的三个开口向下的承插槽相对应，在中间三个凹槽的外沿设有向上突起的扣件，两端的两个凹槽与主梁型材开口向下的承插槽相对应。铝合金主梁型材1的两端内侧各设有一个开口向下的承插槽。

优选地，所述位于金属声屏障单元板两端双侧与安装用H型钢之间的阻尼结构为：在金属声屏障单元两端双侧设有封头型材，该封头型材上设有安装槽，该安装槽上镶嵌安装阻尼条，安装阻尼条位于封头型材与H型钢之间，形成阻尼结构；封头型材与龙骨型材扣接；龙骨型材和封头型材均为铝合金型材；安装阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条。

优选地，所述声屏障偏置钢立柱的H型钢位于外侧，保留钢结构规范规定的基本边缘距离；加筋板位于H型钢内侧，由钢板弯制而成；基础预埋螺栓位于H型钢内侧，螺母、螺帽与基础预埋螺栓连接，位于内侧可视位置。

本发明的优点在于：

本发明的阻尼式铁路金属声屏障系统，应用阻尼缓冲技术，降低了脉动力传递到声屏障承力框架和钢立柱的尖峰荷载，提升了结构安全和抗疲劳寿命。

本发明的阻尼式铁路金属声屏障系统，将单元板吸声组件的岩棉分隔成多个单元，既提高了岩棉的整体刚度，无需水泥板支撑，杜绝重力压缩、振动等引起的吸声系统坍塌；减轻了声屏障板体重量，降低了荷载，相比通常采用的水泥质板材支撑的加强方式，每平米声屏障板体减重15公斤以上；同时又提供了背部空腔，进而提升低频端的吸声系数。

本发明的阻尼式铁路金属声屏障系统，将H型钢立柱所有螺栓都安装H型钢内侧，处于可视状态，便于检查维护。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1-1是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的侧面结构示意图。

图1-2是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的正面结构示意图。

图1-3是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的俯视结构示意图。

图2是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的阻尼型声屏障单元板的结构示意图。

图3是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的增强型吸声岩棉的结构示意图。

图4-1是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的安装用阻尼器件之二层间阻尼条部的结构示意图。

图4-2是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的安装用阻尼器件之三解耦阻尼条部的结构示意图。

图4-3是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的安装用阻尼器件之四安装阻尼条部的结构示意图。

图5-1是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的声屏障偏置钢立柱的侧面结构示意图。

图5-2是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的声屏障偏置钢立柱的俯视结构示意图。

主要附图标记说明：

①阻尼型金属声屏障单元板壳体 ②单元板吸声组件

③安装用阻尼器件 ④声屏障偏置钢立柱

1铝合金主梁型材 2冲孔面板

3背板 4减载阻尼条

5岩棉 6加强龙骨

7保护面层 8层间阻尼条

9解耦阻尼条 10解耦阻尼条上罩

11安装阻尼条 12封头型材

13H型钢 14加强筋板

15基础预埋螺栓 16螺母

17螺帽 18钢底板

具体实施方式

实施例1

如图1-1所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的侧面结构示意图，如图1-2所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的正面结构示意图，如图1-3所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的俯视结构示意图，其中，①为阻尼型金属声屏障单元板壳体；②为单元板吸声组件；③为安装用阻尼器件；④为声屏障偏置钢立柱。阻尼式铁路金属声屏障系统，包括阻尼型铁路京沪声屏障单元板壳体①、单元板吸声组件②、安装用阻尼器件③和声屏障偏置钢立柱④；阻尼型金属声屏障单元板壳体①安装在声屏障偏置钢立柱④上，安装用阻尼器件③包括：主要由减载阻尼条4组成的安装用阻尼器件之一，主要由层间阻尼条8组成的安装用阻尼器件之二，主要由解耦阻尼条9组成的安装用阻尼器件之三，主要由安装阻尼条11组成的安装用阻尼器件之四，设置在阻尼型铁路京沪声屏障单元板壳体①的相应部位；单元板吸声组件②设置在阻尼型铁路京沪声屏障单元板壳体①上。

如图2所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的阻尼型金属声屏障单元板壳体的结构示意图，其中，1为铝合金主梁型材，2为冲孔面板，3为背板，4为减载阻尼条；一侧的两个减载阻尼条4安装在冲孔面板2和铝合金主梁型材1之间(位于金属声屏障组合顶端的冲孔面板、背板和主梁型材之间的阻尼结构)，另一侧的两个减载阻尼条4安装在背板3和铝合金主梁型材1之间。脉动荷载施加到冲孔面板2和背板3上，传递给与之接触的减载阻尼条4，减载阻尼条4发生变形，其过程吸收和消耗能量，再传递给铝合金主梁型材1，这样主承载结构所承受的荷载得到削弱，结构抗疲劳寿命进一步加强。冲孔面板2和背板3为铝合金板材，减载阻尼条4为三元乙丙发泡橡胶条。

如图3所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的单元板吸声组件的结构示意图。其中，5为岩棉，6为加强龙骨，7为保护面层。岩棉5按设计切割并设置沟槽；岩棉5和保护面层7之间为粘接，粘贴材料为气雾喷胶；加强龙骨6安装时插入岩棉5的沟槽。岩棉5为玄武岩纤维岩棉；加强龙骨6为铝合金材料；保护面层7为经耐候处理的无纺布、不锈钢丝网或其他。

图4-1是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的安装用阻尼器件之二层间阻尼条部的结构示意图，其中1为铝合金主梁型材、2为冲孔面板、3为背板、8为层间阻尼条；本实施例1中，共设置有3个层间阻尼条部；其中：1为铝合金主梁型材，2为冲孔面板，3为背板，8为层间阻尼条。

在相互纵向叠合的阻尼型金属声屏障单元板层间安装有3个层间阻尼条部(位于金属声屏障单元层间的阻尼结构)，该层间阻尼条部的结构如下：包括铝合金主梁型材1，冲孔面板2，背板3，两侧各设有一个层间阻尼条8；铝合金主梁型材1设有对称的两个安装槽，层间阻尼条8镶嵌在铝合金主梁型材1的安装槽中；冲孔面板2和背板3为铝合金板材；层间阻尼条8为三元乙丙发泡橡胶条；层间阻尼条部可降低振动在各声屏障单元板之间的传递和相互擦碰，减低附加噪声，同时提高岩棉吸声材料的抗坍塌寿命。

如图4-2所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的安装用阻尼器件之三解耦阻尼条部的结构示意图，其中：1为铝合金主梁型材，2为冲孔面板，3为背板，9为解耦阻尼条，10为解耦阻尼条上罩。

本发明阻尼式铁路金属声屏障的安装用阻尼器件之三解耦阻尼条部(位于金属声屏障组合与保护盖型材之间的阻尼结构)位于阻尼型金属声屏障单元板组合的下部，其结构如下：包括铝合金主梁型材1，冲孔面板2，背板3，下端设有五个解耦阻尼条9，解耦阻尼条9位于铝合金型材构成的解耦阻尼条上罩10和保护盖型材之间，解耦阻尼条上罩10和保护盖型材扣接，解耦阻尼条上罩10与铝合金主梁型材1一体化连接；冲孔面板2和背板3为铝合金板材，解耦阻尼条上罩10和保护盖型材均为铝合金型材；解耦阻尼条9为三元乙丙发泡橡胶条。

解耦阻尼条上罩10为独立式结构，解耦阻尼条上罩10与铝合金主梁型材之间通过铆钉连接或者焊接连接；解耦阻尼条上罩10为倒山字形结构，一个横杆和三个竖臂，三个竖臂各设有一个开口向下的承插槽，其中，组合上罩型材两侧的承插槽的外侧突出的小臂设有供与保护盖型材扣接的扣件。保护盖型材为W型结构，设有五个凹槽，中间的三个凹槽与独立上罩型材或组合上罩型材的三个开口向下的承插槽相对应，在中间三个凹槽的外沿设有向上突起的扣件，两端的两个凹槽与主梁型材开口向下的承插槽相对应。铝合金主梁型材1的两端内侧各设有一个开口向下的承插槽。

如图4-3所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的安装用阻尼器件之四安装阻尼条部的结构示意图，该结构为位于阻尼型金属声屏障单元板两端双侧与安装用H型钢之间的阻尼结构，其结构为：12为封头型材，11为安装阻尼条(为安装用阻尼器件③中的安装阻尼条)；在金属声屏障单元两端双侧设有封头型材12，该封头型材12上设有安装槽，该安装槽上镶嵌安装阻尼条11，安装阻尼条11位于封头型材12与H型钢13(为声屏障偏置钢立柱④中的H型钢)之间，形成阻尼结构；封头型材12与龙骨型材扣接；龙骨型材和封头型材12均为铝合金型材；5为岩棉，是单元板吸声组件②中的岩棉；安装阻尼条11为三元乙丙发泡橡胶条；金属声屏障单元板承受的荷载在传递给H型钢立柱时得到衰减，对脉动荷载特别有效，从而进一步提高H型钢立柱的安全性。

如图5-1所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的声屏障偏置钢立柱的侧面结构示意图，如图5-2所示，是本发明阻尼式铁路金属声屏障系统的声屏障偏置钢立柱的俯视结构示意图；其中13为H型钢、14为加强筋板、15为基础预埋螺栓、16为螺母、17为螺帽、18为钢底板。H型钢13位于外侧，保留钢结构规范规定的基本边缘距离；H型钢13内侧设置2块加强筋板14，由钢板弯制而成；基础预埋螺栓15位于H型钢内侧，螺母16与基础预埋螺栓15连接，基础预埋螺栓15配套螺帽17，防止基础预埋螺栓15锈蚀，有效延长系统的使用寿命。基础预埋螺栓15往内侧偏移，螺母16处于内侧可视位置，便于检查维护。偏置式H型钢立柱为焊接件，按相关规范施焊；钢底板和加强筋按设计预加工，H型钢按设计高度切割和节点加工；在焊接支架上对各部件点焊定位，检查无差错后全面施焊；焊接完成后进行焊缝修整和整体喷丸除锈，再交后序热浸镀锌和喷涂、包装。

本发明的声屏障偏置钢立柱的H型钢外移，保留钢结构规范规定的基本边缘距离，预埋螺栓位于H型钢内侧，使螺栓、螺母处于内侧可视位置，便于声屏障的安装和检查维护。同时，由于预埋螺栓内置，预制桥缘板上的预留缺口可减小，即豁口处混凝土厚度增加，桥缘板钢筋得到更好的保护。

本发明的声屏障偏置钢立柱的内侧增加两块加筋板，加筋板提供附加刚度，可相应降低钢底板厚度；加筋板由槽钢切割而成，可产生横向连续焊接区，与钢立柱焊接时可增加端部焊接强度和有效连接面积，降低H型钢与加筋板间的拉应力；在加筋板上预留了电气接地连接孔，可单点接地或串接接地。

本发明的声屏障偏置钢立柱的预埋螺栓增设盖帽，防止螺栓锈蚀，可有效延长系统的使用寿命；盖帽采用增强聚丙烯PPR材料生产，抗老化寿命长；内径略小于螺母外径，利用PPR材料的变形产生夹持固定；安装时，在预埋螺栓、螺母上涂抹机械黄油，以加盖后有略微外溢为好。

本发明的声屏障偏置钢立柱的顶部钻加工吊装孔，便于安装时起重作业；增加压板设计，可对插入安装的声屏障单元板产生弹性压迫，防止单元板在振动激励下的纵向跳动。钢立柱顶端内侧进行圆角处理。

本发明的声屏障偏置钢立柱，其原理是将声屏障基础连接螺栓布置在H型钢立柱的内侧，使螺母处于内侧可视位置，便于检查维护，提高声屏障的安全性。本发明可满足现有或升级的声屏障单元板通用，无需进行单元板高度调整，全面适应桥梁上伸缩缝处的安装。

Claims

1.阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：主要包括阻尼型金属声屏障单元板壳体、单元板吸声组件、安装用阻尼器件和声屏障偏置钢立柱；所述的阻尼型声屏障单元板壳体和所述的单元板吸声组件共同组成阻尼型声屏障单元板；所述阻尼型金属声屏障单元板安装在声屏障偏置钢立柱上，所述安装用阻尼器件包括：位于阻尼型金属声屏障单元板组合顶端的冲孔面板、背板和主梁型材之间的阻尼结构，位于阻尼型金属声屏障单元板层间的阻尼结构，位于阻尼型金属声屏障单元板组合与保护盖型材之间的阻尼结构，位于阻尼型金属声屏障单元板两端双侧与安装用H型钢之间的阻尼结构；所述单元板吸声组件设置在所述阻尼型金属声屏障单元板壳体上；所述铁路偏置钢立柱包括H型钢、加筋板、钢底板、基础预埋螺栓、螺母、U形螺栓、柱顶压板、安装孔、柱顶内侧圆角和压板孔；所述H型钢、钢底板和加筋板焊接成型，所述钢底板设有安装孔；所述H型钢的端部设有吊装孔；所述柱顶压板设有压板孔；H型钢通过吊装孔、压板孔和U形螺栓与柱顶压板相连接；钢底板通过安装孔和基础预埋螺栓与基面相连接；所述位于阻尼型金属声屏障单元板组合顶端的冲孔面板、背板和主梁型材之间的阻尼结构为：减载阻尼条位于所述冲孔面板和主梁型材或者所述背板和主梁型材之间；两侧各设有两个减载阻尼条，一侧的两个减载阻尼条安装在冲孔面板和主梁型材之间，另一侧的两个减载阻尼条安装在背板和主梁型材之间，减载阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条；所述的单元板吸声组件包括岩棉、加强龙骨和保护面层，岩棉设有沟槽；加强龙骨安装时插入岩棉的沟槽；所述声屏障偏置钢立柱的H型钢位于外侧，保留钢结构规范规定的基本边缘距离。

2.根据权利要求1所述的阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：所述岩棉和保护面层之间为粘接，粘贴材料为气雾喷胶。

3.根据权利要求2所述的阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：所述岩棉为玄武岩纤维岩棉；加强龙骨为铝合金材料；保护面层为经耐候处理的无纺布或不锈钢丝网。

4.根据权利要求3所述的阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：所述位于阻尼型金属声屏障单元板层间的阻尼结构为：包括铝合金主梁型材，冲孔面板，背板，两侧各设有一个层间阻尼条；铝合金主梁型材设有对称的两个安装槽，层间阻尼条镶嵌在铝合金主梁型材的安装槽中；冲孔面板和背板为铝合金板材；层间阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条。

5.根据权利要求4所述的阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：所述位于阻尼型金属声屏障单元板组合与保护盖型材之间的阻尼结构为：包括铝合金主梁型材，冲孔面板，背板，下端设有五个解耦阻尼条，解耦阻尼条位于铝合金型材构成的解耦阻尼条上罩和保护盖型材之间，解耦阻尼条上罩和保护盖型材扣接，解耦阻尼条上罩与铝合金主梁型材一体化或是独立式结构连接；冲孔面板和背板为铝合金板材，解耦阻尼条上罩和保护盖型材均为铝合金型材；解耦阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条。

6.根据权利要求5所述的阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：所述解耦阻尼条上罩为倒山字形结构，一个横杆和三个竖臂，三个竖臂各设有一个开口向下的承插槽，其中，组合上罩型材两侧的承插槽的外侧突出的小臂设有供与保护盖型材扣接的扣件；保护盖型材为W型结构，设有五个凹槽，中间的三个凹槽与独立上罩型材或组合上罩型材的三个开口向下的承插槽相对应，在中间三个凹槽的外沿设有向上突起的扣件，两端的两个凹槽与主梁型材开口向下的承插槽相对应，铝合金主梁型材1的两端内侧各设有一个开口向下的承插槽。

7.根据权利要求5所述的阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：所述位于阻尼型金属声屏障单元板两端双侧与安装用H型钢之间的阻尼结构为：在阻尼型金属声屏障单元板两端双侧设有封头型材，该封头型材上设有安装槽，该安装槽上镶嵌安装阻尼条，安装阻尼条位于封头型材与H型钢之间，形成阻尼结构；封头型材与龙骨型材扣接；龙骨型材和封头型材均为铝合金型材；安装阻尼条为三元乙丙发泡橡胶条。

8.根据权利要求1所述的阻尼式铁路金属声屏障系统，其特征在于：加筋板位于H型钢内侧，由钢板弯制而成；基础预埋螺栓位于H型钢内侧，螺母、螺帽与基础预埋螺栓连接，位于内侧可视位置。