CN115928618A - 一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及声屏障领域，具体为一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障。解决了现有声屏障中吸声材料使用寿命短的问题。声屏障通过H型钢立柱安装于轨道交通线路两侧，H型钢立柱之间安装有若干隔音箱，所述隔音箱内部横纵向分别垂直贴合阵列有若干四复合十字型原胞，四复合十字型原胞由四组单空心原胞组成十字型，相邻四复合十字型原胞组成六边形空隙。本装置采用四复合十字型原胞结构设计的声屏障，具有明显的带隙频带宽等优点，能够有效抑制轨道交通声屏障在带隙频段内声波的传播，显著提升隔声性能并降低其维护成本，解决轨道交通中高频噪声对沿线声环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及声屏障领域，具体为一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障。
背景技术
我轨道交通作为我国最重要的运输方式，在交通强国发展战略中起着十分重要的作用。然而随着各类列车运营速度的不断提高，轨道交通引起的噪声问题也愈加显著；并且随着新版《中华人民共和国噪声污染防治法》的实施，对于轨道交通的噪声污染防治同样提出了更高的要求。因此对于轨道交通的噪声问题也将成为限制其快速发展的关键问题。在轨道交通噪声控制领域，主要采用的方式是在线路两侧安装声屏障，因此需要进一步提升声屏障的声学性能以及服役性能。
现有的声屏障以材质或者设计方式存在长期受外部环境以及列车作用的影响，导致起主要吸声作用的吸音岩棉等吸音材料存在坍塌和老化、外部结构老化脱落等严重的问题，直接影响声屏障的使用寿命和声学寿命。
发明内容
本发明提供了一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，有效的解决了现有声屏障中吸声材料使用寿命短的问题，本装置采用四复合十字型原胞结构设计的声屏障，具有明显的带隙频带宽等优点，能够有效抑制轨道交通声屏障在带隙频段内声波的传播，显著提升隔声性能并降低其维护成本，解决轨道交通中高频噪声对沿线声环境的影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，声屏障通过H型钢立柱1安装于轨道交通线路两侧，H型钢立柱1之间安装有若干隔音箱2，其特征在于：所述隔音箱2内部横纵向分别垂直贴合阵列有若干四复合十字型原胞3，四复合十字型原胞3由四组单空心原胞4组成十字型，相邻四复合十字型原胞3组成六边形空隙。
所述H型钢立柱1居中位置的隔音箱2替换为通过固定边框5安装的通透隔音板6，隔音板5两端连接隔音箱2。
所述四复合十字型原胞3固定于隔音箱2内底。
所述四复合十字型原胞3的单空心原胞4为由钢或聚碳酸酯预制而成的圆形筒。
所述四复合十字型原胞3的单空心原胞4外半径为2.0cm～2.7cm。
所述四复合十字型原胞3的单空心原胞4外半径为2.4cm。
所述四复合十字型原胞3垂直于轨道交通阵列数量沿轨道交通阵列数量*沿轨道交通阵列数量＝3N～7N。
所述四复合十字型原胞3垂直于轨道交通阵列数量沿轨道交通阵列数量*沿轨道交通阵列数量＝5N。
本发明的有益效果为：
1、四复合十字型原胞结构利用四根单空心原胞相切排列，可明显加强散射体间的反射作用，显著增大了完全带隙的频带范围，有效抑制声波的传播提升隔声性能，同时增强了隔声的稳定性和有效性。
2、四复合十字型原胞可有效阻隔铁路在120-128Hz、783-2105Hz、2371-3191Hz和3844-4171Hz的噪声，其中第二、第三和第四完全带隙的带宽分别为1322Hz、820Hz和327Hz，频带宽使声屏障的隔声性能优且隔声性能稳定。
3、四复合十字型原胞的隔音箱并不改变原铁路用声屏障的外形，为了提升隔声性能，仅在厚度上有所增加，不影响铁路建设的整体设计。
4、四复合十字型原胞在吸音箱内部安装，内部吸音结构不易受外界环境的影响，声学寿命和服役寿命稳定，可降低后期的维护和节省维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例1安装示意图；
图2为本发明隔音箱示意图；
图3为本发明四复合十字型原胞结构示意图；
图4为本发明单个四复合十字型原胞结构示意图；
图5为四复合十字型原胞能带图与传输特性曲线对比；
图6为四复合十字型原胞的单空心原胞半径对带隙的影响；
图7为四复合十字型原胞传输特性曲线；
图8为四复合十字型原胞不同频率传递损失云图；
图9为本发明实施例2安装示意图；
图中所示：H型钢立柱1、隔音箱2、四复合十字型原胞3、单空心原胞4、固定边框5、通透隔音板6。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：
实施例1
如图1-8所示的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，声屏障通过H型钢立柱1安装于轨道交通线路两侧，H型钢立柱1之间安装有若干隔音箱2，本申请的主要特点是：将传统的吸音岩棉采用若干四复合十字型原胞3替换，四复合十字型原胞3由四组单空心原胞4组成十字型，相邻四复合十字型原胞3组成六边形空隙。
高速列车的噪声源主要包括轮轨噪声、气动噪声和集电噪声等。既有研究成果指出轮轨噪声始终是占主导地位，300-2500Hz钢轨的声辐射最为重要，在更高频率时，轮对就成为了最重要的辐射源。牵引系统噪声对转向架区噪声的贡献频段主要为中高频段，占据主导作用。因此，如果要进一步控制列车通过噪声，就必须控制轮轨噪声。我国普通高速列车以270-340km/h的速度运行时，车外噪声峰值频段主要集中在1600-2000Hz，测试结果表明轮轨噪声在630-4500Hz频段内的噪声分量始终占主导地位。本申请主要解决轮轨噪声在630-4500Hz频段内的噪声。
本装置采用的四复合十字型原胞3的单空心原胞4采用圆形筒结构。
表1四复合十字型原胞3材料属性
选择四复合十字型原胞3的单空心原胞4晶格常数a为12cm，外径R为2.4cm，壁厚t为0.5cm，如图5所示为四复合十字型原胞3能带图传输特性曲线对比图，四复合十字型原胞3采用四根单空心原胞4相切排列，该结构形成了四条完全带隙，分别为120-128Hz、783-2105Hz、2371-3191Hz和3844-4171Hz；带宽分别为8Hz、1322Hz、820Hz以及327Hz。由于四复合十字型原胞3构成的单空心原胞4数量增加，加强了散射体间的反射作用，从而引起带隙起止频率和终止频率的升高，同时产生了多条ΓX方向带隙和XΜ方向带隙，导致声波在该方向上无法传播，在上述两种带隙内也能起到一定的隔声作用。
完全带隙的产生基于Bragg散射原理，散射体各项关键参数对完全带隙的形成有着至关重要的影响，因此本申请研究了四复合十字型原胞3的单空心原胞4半径对其带隙形成的影响。如图5所示为四复合十字型原胞的单空心原胞半径对带隙的影响，由图6可知，随着单空心原胞4的半径增大，增加了原胞3的填充率，因此增大了带隙宽度。
由图7所示的四复合十字型原胞传输特性曲线，可得到四复合十字型原胞的声传递损失规律，表明周期数可增强隔声性能。四复合十字型原胞3的不仅增强了该结构的隔声性能，同时扩展了隔声带宽。在3300-3800Hz左右也出现了一段较好的抑制范围，主要是因为方向带隙ГX对该方向上的声波产生了抑制作用；方向带隙虽然能够抑制弹性波的传播，但仅在特定方向上。由此可知，如将四复合十字型原胞3的单空心原胞4设计应用于实际声屏障的工程领域，最佳设计方式应尽可能设计出多条完全带隙，形成隔声效果更优的衰减域，可适用于噪声源复杂的不稳定路段。
图8为四复合十字型原胞不同频率传递损失云图，由图进一步可知，声波在完全带隙中传播时受到明显的抑制。
实施例2
如图9所示的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，声屏障通过H型钢立柱1安装于轨道交通线路两侧，声屏障包括：通过固定边框5安装的通透隔音板6，在固定边框5两端的H型钢立柱1安装有隔音箱2，隔音箱2内部横纵向分别垂直贴合阵列有若干四复合十字型原胞3，四复合十字型原胞3由四组单空心原胞4组成十字型，相邻四复合十字型原胞3组成六边形空隙。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，声屏障通过H型钢立柱安装于轨道交通线路两侧，H型钢立柱之间安装有若干隔音箱，其特征在于：所述隔音箱内部横纵向分别垂直贴合阵列有若干四复合十字型原胞，四复合十字型原胞由四组单空心原胞组成十字型，相邻四复合十字型原胞组成六边形空隙。
2.根据权利要求1所述的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，其特征在于：所述H型钢立柱1居中位置的隔音箱替换为通过固定边框安装的通透隔音板，隔音板两端连接隔音箱。
3.根据权利要求1所述的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，其特征在于：所述四复合十字型原胞固定于隔音箱内底。
4.根据权利要求1所述的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，其特征在于：所述四复合十字型原胞的单空心原胞为由钢或聚碳酸酯预制而成的圆形筒。
5.根据权利要求1所述的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，其特征在于：所述四复合十字型原胞的单空心原胞外半径为2.0cm～2.7cm。
6.根据权利要求5所述的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，其特征在于：所述四复合十字型原胞的单空心原胞外半径为2.4cm。
7.根据权利要求1所述的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，其特征在于：所述四复合十字型原胞垂直于轨道交通阵列数量沿轨道交通阵列数量*沿轨道交通阵列数量＝3N～7N。
8.根据权利要求7所述的一种基于四复合十字型原胞的轨道交通声屏障，其特征在于：所述四复合十字型原胞垂直于轨道交通阵列数量沿轨道交通阵列数量*沿轨道交通阵列数量＝5N。
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