專(zhuān)利名稱(chēng)：預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隔離噪聲的聲屏障單元板，尤其涉及一種用于隔離運(yùn)行于高速鐵路上的高速車(chē)輛所發(fā)噪聲的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
背景技術(shù)：
中國(guó)鐵路已分別于1997年、1998年、2000年、2001年和2004年進(jìn)行了五次大規(guī)模的提速。近幾年來(lái)，鐵路將力爭(zhēng)第六次大提速，屆時(shí)，中國(guó)鐵路提速總延展里程將達(dá)到一萬(wàn)六千多公里。目前國(guó)家已經(jīng)進(jìn)行了中長(zhǎng)期路網(wǎng)規(guī)劃，規(guī)劃了“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)通道以及三個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng)，各條線的速度目標(biāo)值為200km/h～350km/h。
德國(guó)法蘭克福至科隆的高速列車(chē)在運(yùn)行速度超出250km/h以上時(shí)，產(chǎn)生很大的列車(chē)脈動(dòng)力，將兩側(cè)的金屬聲屏障結(jié)構(gòu)全部擊垮，破壞時(shí)，金屬聲屏障背板在脈動(dòng)力作用下象紙片一樣呈波浪形皺褶損毀。因此，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良耐久造價(jià)低的聲屏障乃當(dāng)今國(guó)際高速鐵路建設(shè)中的難題。
隨著列車(chē)的速度越來(lái)越快，其施加給聲屏障的氣動(dòng)壓力和氣動(dòng)吸力也越來(lái)越大，目前設(shè)計(jì)或以往設(shè)計(jì)的聲屏障不能適應(yīng)高速鐵路的脈動(dòng)風(fēng)壓力。現(xiàn)有技術(shù)金屬聲屏障，普通混凝土聲屏障，結(jié)構(gòu)形式多為立柱加插板型；金屬的易生銹，被盜，維護(hù)費(fèi)用高；普通混凝土聲屏障自重大，通常不能滿(mǎn)足鐵路橋梁聲屏障的梁部許可的自重條件，另外，抗裂性能差，剛度在反復(fù)荷載作用下開(kāi)裂后不斷衰退，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，變形過(guò)大，耐久性差，易發(fā)生疲勞破壞，甚至共振破壞。
插入式聲屏障，在脈動(dòng)風(fēng)壓下，螺栓易松動(dòng)，耐久性不好，后期的維護(hù)費(fèi)用較高；普通混凝土的聲屏障結(jié)構(gòu)在正負(fù)交替的拉壓應(yīng)力作用下，聲屏障的根部?jī)蓚?cè)混凝土均可會(huì)開(kāi)裂，最終造成全截面開(kāi)裂貫通，形成了只有鋼筋連接的鉸，結(jié)構(gòu)體系剛度大減，形成一個(gè)不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，同時(shí)結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，使鋼筋外露，鋼筋腐蝕加劇，甚至由于剛度的減小，使聲屏障結(jié)構(gòu)的自振頻率(混凝土聲屏障的頻率16～23hz)減小(降低至7～10)，使其接近橋面粱的自振頻率(一般為7～10hz左右)，產(chǎn)生共振，這些都加劇損害普通混凝土聲屏障結(jié)構(gòu)；現(xiàn)剛研發(fā)出的活性粉末鋼纖維混凝土(Reactive Powder Concrete，簡(jiǎn)稱(chēng)RPC)聲屏障力學(xué)性能很好，特別是抗裂性能好，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到20MPa，但其缺點(diǎn)是費(fèi)用昂貴，每立方米6000～8000元，是混凝土的10倍以上，而且，施工工藝復(fù)雜，不便推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有聲屏障技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種抗裂性能好，耐疲勞，耐久，耐候，耐腐蝕，施工方便，造價(jià)低的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于隔離運(yùn)行于高速鐵路上的高速車(chē)輛所發(fā)噪聲的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，包括鋼筋混凝土底座臥梁，在鋼筋混凝土底座臥梁上設(shè)有鋼筋混凝土背板，在鋼筋混凝土背板內(nèi)沿縱向設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)在聲屏障結(jié)構(gòu)上施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在未受到風(fēng)荷載時(shí)，預(yù)先受到了壓應(yīng)力。在受到風(fēng)荷載時(shí)，肋柱根部纖維由于受到了預(yù)壓應(yīng)力的作用，能夠保持全截面受壓，不出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而聲屏障不開(kāi)裂，提高其力學(xué)性能。本發(fā)明在高速列車(chē)脈動(dòng)風(fēng)壓下，由于預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)壓作用，不開(kāi)裂；結(jié)構(gòu)剛度較大；疲勞性能、耐久性能好；另外，制作預(yù)應(yīng)力聲屏障的費(fèi)用小，尤其是先張法。
本發(fā)明若采用高性能混凝土的優(yōu)點(diǎn)，施工方便，早強(qiáng)，工期短，致密，耐久性和抗老化比普通混凝土好。采用肋柱底部加腋，圓弧化，以消除應(yīng)力集中，提高結(jié)構(gòu)抗裂等性能。同樣，板格周邊加腋以提高板邊抗裂能力和承載力，因?yàn)椋颂庁?fù)彎矩最大。這樣以較小的代價(jià)，在肋柱底部和板格周邊截面加大的局部處理獲得顯著的效果，這可通過(guò)模板設(shè)計(jì)加以實(shí)施。另外，還可雙向施加預(yù)應(yīng)力，即既對(duì)豎向肋柱內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在橫向肋梁內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力來(lái)進(jìn)一步提高單元板的結(jié)構(gòu)性能。甚至，在板內(nèi)單向或雙向施加均勻的預(yù)應(yīng)力。由于本發(fā)明的板的厚度較薄，只有60mm，放置雙層鋼筋網(wǎng)(因?yàn)殡p向受力，正壓和負(fù)壓)，混凝土保護(hù)層較小，容易銹蝕。為了保證板內(nèi)鋼筋不銹蝕，提高耐久性，還可在板內(nèi)采用環(huán)氧涂層帶肋鋼筋(鋼絲)或環(huán)氧涂層刻痕鋼筋(鋼絲)，或者內(nèi)芯為帶肋(刻痕)鋼筋(鋼絲)外層為纖維增強(qiáng)樹(shù)脂的高性能復(fù)合筋材，纖維可采用高性能高強(qiáng)碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等，甚至采用全纖維增強(qiáng)復(fù)合筋材，如碳纖維筋，芳綸纖維筋，玻璃纖維筋，或者混雜纖維筋材。采用這些筋材即能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，又能滿(mǎn)足耐久性的要求。預(yù)應(yīng)力布筋技術(shù)，采用最少的預(yù)應(yīng)力材料使結(jié)構(gòu)性能達(dá)到最優(yōu)化。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力筋布置示意圖。
圖3是本發(fā)明的肋柱中預(yù)應(yīng)力筋布置圖。
圖4是本發(fā)明的肋柱底部預(yù)應(yīng)力筋布置圖。
圖5是本發(fā)明的肋柱中部預(yù)應(yīng)力筋布置圖。
圖6是本發(fā)明的肋柱頂部預(yù)應(yīng)力筋布置圖。
圖7是本發(fā)明的先張法的無(wú)墊板的肋柱中預(yù)應(yīng)力筋布置圖。
圖8是本發(fā)明的先張法的有墊板的肋柱中預(yù)應(yīng)力筋布置圖。
圖9是直線型等截面板居中聲屏障結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是曲線型等截面板外平聲屏障結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是曲線型等截面板居中聲屏障結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是曲線型等截面板外平三等肋梁聲屏障結(jié)構(gòu)示意圖。
圖13是曲線型等截面板外平二等肋梁聲屏障結(jié)構(gòu)示意圖。
圖14是曲線型變截面板外平聲屏障結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15是曲線型變截面空心板聲屏障結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16是曲線型變截面空心板聲屏障橫截面示意圖。
圖17是改進(jìn)的擠壓錨示意圖。
圖18是改進(jìn)的擠壓錨橫斷面示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種用于隔離運(yùn)行于高速鐵路上的高速車(chē)輛所發(fā)噪聲的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，包括鋼筋混凝土底座臥梁1，在鋼筋混凝土底座臥梁1上設(shè)有鋼筋混凝土背板2，在鋼筋混凝土背板2內(nèi)沿縱向設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋31。在本實(shí)施例中，在鋼筋混凝土背板2的兩邊緣設(shè)有邊肋柱21，預(yù)應(yīng)力筋31設(shè)在邊肋柱21內(nèi)。在鋼筋混凝土背板2上設(shè)有中肋柱22，在中肋柱22內(nèi)設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋32。在鋼筋混凝土背板2上邊緣設(shè)有頂橫梁23，在頂橫梁23內(nèi)設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋33。在鋼筋混凝土背板2上設(shè)有中橫梁24，該中橫梁24位于頂橫梁23與鋼筋混凝土底座臥梁1之間，在中橫梁24內(nèi)設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋34。在邊肋柱21與鋼筋混凝土底座臥梁1形成的陰角處加腋41，在中肋柱22與鋼筋混凝土底座臥梁1形成的陰角處加腋42。
下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明作出更為詳細(xì)的說(shuō)明(1)采用預(yù)應(yīng)力筋的形式，先張法或后張法，有粘結(jié)或無(wú)粘結(jié)，采用先張法更適合大批量的生產(chǎn)；(2)采用預(yù)應(yīng)力筋的種類(lèi)，鋼絲、鋼絞線、精軋螺紋鋼等等；(3)相關(guān)的錨具設(shè)計(jì)，如小型的鐓頭錨具、改進(jìn)的擠壓錨等等，見(jiàn)附圖14和圖1；(4)預(yù)應(yīng)力布置技術(shù)，使得正負(fù)壓力作用下，能最大程度發(fā)揮結(jié)構(gòu)的性能，即使結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)的抗裂性能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)化，預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量、合力點(diǎn)的位置的設(shè)計(jì)。在正、負(fù)風(fēng)壓下，聲屏障的根部拉壓應(yīng)力不對(duì)稱(chēng)，通過(guò)計(jì)算，可以使預(yù)應(yīng)力筋適當(dāng)?shù)仄?，偏向拉?yīng)力較大的一側(cè)，使得在正、負(fù)風(fēng)壓下聲屏障結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)均處于受壓狀態(tài)，從而，結(jié)構(gòu)不開(kāi)裂，基本處于彈性狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)耐久性好，且耐疲勞。這樣，預(yù)應(yīng)力的筋使用效率也更高；(5)預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力大小確定；(6)配套的張拉裝置設(shè)計(jì)；(7)結(jié)構(gòu)幾何尺寸的設(shè)計(jì)是聲屏障功能要求和結(jié)構(gòu)要求的結(jié)合。結(jié)構(gòu)要求的原則是在功能要求下，使結(jié)構(gòu)的自重盡可能的減小，本發(fā)明通過(guò)有限元軟件對(duì)各個(gè)幾何參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使聲屏障重力減至最少，使安裝聲屏障的主體橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)。(8)澆筑聲屏障構(gòu)件的混凝土配合比，其特點(diǎn)高強(qiáng)，粗骨料細(xì)?；炷猎陬A(yù)壓作用下和風(fēng)壓作用的雙重作用下不被壓碎。在單方成本增加不多的情況下，適當(dāng)?shù)卦诨炷羶?nèi)加入外加劑、纖維等，使混凝土的抗裂能力增加，這樣可以減少預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量。(9)邊角構(gòu)造方法。通過(guò)有限元分析，聲屏障邊角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，本發(fā)明采用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行聲屏障的邊角倒角處理，或者直接澆筑混凝土倒角，使應(yīng)力集中得到釋放。(10)與預(yù)應(yīng)力聲屏障配套的波紋管、弧形壓板等等。
對(duì)于直線型聲屏障，采用鐓頭錨，有粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力形式，其施工過(guò)程(1)準(zhǔn)確地計(jì)算下料長(zhǎng)度；(2)鐓鋼絲束一端的頭；(3)穿上鐓頭錨具；(4)穿上波紋管；(6)穿上錨墊板；(7)鐓鋼絲束另一端的頭；(8)嚴(yán)格、準(zhǔn)確地下支撐鋼筋和非預(yù)應(yīng)力筋，并焊接在錨墊板上；(9)套上箍筋及綁扎預(yù)留出的鋼筋；(10)相關(guān)箍筋閉合口、螺旋筋的焊接；(11)形成鋼筋“籠子”(12)鋼筋籠子入模；(13)穿板筋和橫梁的筋并預(yù)留吊鉤；(14)模板封模；(15)澆筑、養(yǎng)護(hù)混凝土；(16)拆模；(17)張拉預(yù)應(yīng)力筋，使用千斤頂，拔出螺桿，再擰緊螺栓，見(jiàn)附圖4；(18)孔道灌漿；(19)補(bǔ)上預(yù)留張拉孔洞的混凝土。
直線型聲屏障，先張法的施工過(guò)程(1)下鋼絞線的料；(2)在張拉臺(tái)座上張拉鋼絞線；(3)在臺(tái)座中間立聲屏障的木模板；(4)澆筑混凝土；(5)養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度，放松張拉力，完成預(yù)應(yīng)力張拉；(6)補(bǔ)上預(yù)留張拉孔洞的混凝土。
聲屏障結(jié)構(gòu)形式如下①等截面粱板系列的聲屏障(1)直線型等截面后張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(2)直線型等截面先張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(3)直線型等截面后張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障；(4)直線型等截面先張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障；(5)曲線型等截面后張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(6)曲線型等截面先張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(7)曲線型等截面后張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障；(8)曲線型等截面先張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障②變截面粱板系列的聲屏障(1)直線型變截面后張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(2)直線型變截面先張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(3)直線型變截面后張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障；(4)直線型變截面先張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障；(5)曲線型變截面后張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(6)曲線型變截面先張預(yù)應(yīng)力板居中聲屏障；(7)曲線型變截面后張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障；(8)曲線型變截面先張預(yù)應(yīng)力板外平聲屏障③整板系列的聲屏障(1)曲線型變截面后張預(yù)應(yīng)力板空心聲屏障；(2)曲線型變截面先張預(yù)應(yīng)力板空心聲屏障；(3)曲線型變截面后張預(yù)應(yīng)力板實(shí)心聲屏障；(4)曲線型變截面先張預(yù)應(yīng)力板實(shí)心聲屏障。
權(quán)利要求
1.一種用于隔離運(yùn)行于高速鐵路上的高速車(chē)輛所發(fā)噪聲的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，包括鋼筋混凝土底座臥梁(1)，在鋼筋混凝土底座臥梁(1)上設(shè)有鋼筋混凝土背板(2)，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)內(nèi)沿縱向設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)的兩邊緣設(shè)有邊肋柱(21)，預(yù)應(yīng)力筋(31)設(shè)在邊肋柱(21)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)上設(shè)有中肋柱(22)，在中肋柱(22)內(nèi)設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋(32)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)上邊緣設(shè)有頂橫梁(23)，在頂橫梁(23)內(nèi)設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋(33)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)上設(shè)有中橫梁(24)，該中橫梁(24)位于頂橫梁(23)與鋼筋混凝土底座臥梁(1)之間，在中橫梁(24)內(nèi)設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋(34)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)，其特征在于在邊肋柱(21)與鋼筋混凝土底座臥梁(1)形成的陰角處加腋(41)，在中肋柱(22)與鋼筋混凝土底座臥梁(1)形成的陰角處加腋(42)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種預(yù)應(yīng)力混凝土聲屏障單元結(jié)構(gòu)。由鋼筋混凝土底座臥梁、鋼筋混凝土背板組成，鋼筋混凝土背板設(shè)在鋼筋混凝土底座臥梁上且在鋼筋混凝土背板內(nèi)沿縱向設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋。本發(fā)明在聲屏障結(jié)構(gòu)上施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在未受到風(fēng)荷載時(shí)，預(yù)先受到了壓應(yīng)力。在受到風(fēng)荷載時(shí)，肋柱根部纖維由于受到了預(yù)壓應(yīng)力的作用，能夠保持全截面受壓，不出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而聲屏障不開(kāi)裂，提高其力學(xué)性能。在高速列車(chē)脈動(dòng)風(fēng)壓下，由于預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)壓作用，不開(kāi)裂；結(jié)構(gòu)剛度較大；疲勞性能、耐久性能好。
文檔編號(hào)E01F8/00GK1995547SQ20061004059
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者張繼文, 楊志峰 申請(qǐng)人:東南大學(xué)