专利名称：预应力混凝土声屏障单元结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隔离噪声的声屏障单元板，尤其涉及一种用于隔离运行于高速铁路上的高速车辆所发噪声的预应力混凝土声屏障单元结构。
背景技术：
背景技术：
中国铁路已分别于1997年、1998年、2000年、2001年和2004年进行了五次大规模的提速。近几年来，铁路将力争第六次大提速，届时，中国铁路提速总延展里程将达到一万六千多公里。目前国家已经进行了中长期路网规划，规划了“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统，各条线的速度目标值为200km/h～350km/h。
德国法兰克福至科隆的高速列车在运行速度超出250km/h以上时，产生很大的列车脉动力，将两侧的金属声屏障结构全部击垮，破坏时，金属声屏障背板在脉动力作用下象纸片一样呈波浪形皱褶损毁。因此，设计出性能优良耐久造价低的声屏障乃当今国际高速铁路建设中的难题。
随着列车的速度越来越快，其施加给声屏障的气动压力和气动吸力也越来越大，目前设计或以往设计的声屏障不能适应高速铁路的脉动风压力。现有技术金属声屏障，普通混凝土声屏障，结构形式多为立柱加插板型；金属的易生锈，被盗，维护费用高；普通混凝土声屏障自重大，通常不能满足铁路桥梁声屏障的梁部许可的自重条件，另外，抗裂性能差，刚度在反复荷载作用下开裂后不断衰退，导致钢筋锈蚀，变形过大，耐久性差，易发生疲劳破坏，甚至共振破坏。
插入式声屏障，在脉动风压下，螺栓易松动，耐久性不好，后期的维护费用较高；普通混凝土的声屏障结构在正负交替的拉压应力作用下，声屏障的根部两侧混凝土均可会开裂，最终造成全截面开裂贯通，形成了只有钢筋连接的铰，结构体系刚度大减，形成一个不稳定的结构，同时结构的开裂，使钢筋外露，钢筋腐蚀加剧，甚至由于刚度的减小，使声屏障结构的自振频率(混凝土声屏障的频率16～23hz)减小(降低至7～10)，使其接近桥面粱的自振频率(一般为7～10hz左右)，产生共振，这些都加剧损害普通混凝土声屏障结构；现刚研发出的活性粉末钢纤维混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)声屏障力学性能很好，特别是抗裂性能好，其抗拉强度可达到20MPa，但其缺点是费用昂贵，每立方米6000～8000元，是混凝土的10倍以上，而且，施工工艺复杂，不便推广应用。
发明内容
为了克服现有声屏障技术不足，本发明提供一种抗裂性能好，耐疲劳，耐久，耐候，耐腐蚀，施工方便，造价低的预应力混凝土声屏障单元结构。
本发明采用如下技术方案一种用于隔离运行于高速铁路上的高速车辆所发噪声的预应力混凝土声屏障单元结构，包括钢筋混凝土底座卧梁，在钢筋混凝土底座卧梁上设有钢筋混凝土背板，在钢筋混凝土背板内沿纵向设有预应力筋。
与现有技术相比，本发明具有如下优点在声屏障结构上施加预应力，使结构在未受到风荷载时，预先受到了压应力。在受到风荷载时，肋柱根部纤维由于受到了预压应力的作用，能够保持全截面受压，不出现拉应力，从而声屏障不开裂，提高其力学性能。本发明在高速列车脉动风压下，由于预应力筋的预压作用，不开裂；结构刚度较大；疲劳性能、耐久性能好；另外，制作预应力声屏障的费用小，尤其是先张法。
本发明若采用高性能混凝土的优点，施工方便，早强，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，圆弧化，以消除应力集中，提高结构抗裂等性能。同样，板格周边加腋以提高板边抗裂能力和承载力，因为，此处负弯矩最大。这样以较小的代价，在肋柱底部和板格周边截面加大的局部处理获得显著的效果，这可通过模板设计加以实施。另外，还可双向施加预应力，即既对竖向肋柱内施加预应力，同时在横向肋梁内施加预应力来进一步提高单元板的结构性能。甚至，在板内单向或双向施加均匀的预应力。由于本发明的板的厚度较薄，只有60mm，放置双层钢筋网(因为双向受力，正压和负压)，混凝土保护层较小，容易锈蚀。为了保证板内钢筋不锈蚀，提高耐久性，还可在板内采用环氧涂层带肋钢筋(钢丝)或环氧涂层刻痕钢筋(钢丝)，或者内芯为带肋(刻痕)钢筋(钢丝)外层为纤维增强树脂的高性能复合筋材，纤维可采用高性能高强碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等，甚至采用全纤维增强复合筋材，如碳纤维筋，芳纶纤维筋，玻璃纤维筋，或者混杂纤维筋材。采用这些筋材即能满足强度要求，又能满足耐久性的要求。预应力布筋技术，采用最少的预应力材料使结构性能达到最优化。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的预应力筋布置示意图。
图3是本发明的肋柱中预应力筋布置图。
图4是本发明的肋柱底部预应力筋布置图。
图5是本发明的肋柱中部预应力筋布置图。
图6是本发明的肋柱顶部预应力筋布置图。
图7是本发明的先张法的无垫板的肋柱中预应力筋布置图。
图8是本发明的先张法的有垫板的肋柱中预应力筋布置图。
图9是直线型等截面板居中声屏障结构示意图。
图10是曲线型等截面板外平声屏障结构示意图。
图11是曲线型等截面板居中声屏障结构示意图。
图12是曲线型等截面板外平三等肋梁声屏障结构示意图。
图13是曲线型等截面板外平二等肋梁声屏障结构示意图。
图14是曲线型变截面板外平声屏障结构示意图。
图15是曲线型变截面空心板声屏障结构示意图。
图16是曲线型变截面空心板声屏障横截面示意图。
图17是改进的挤压锚示意图。
图18是改进的挤压锚横断面示意图。
具体实施例方式
一种用于隔离运行于高速铁路上的高速车辆所发噪声的预应力混凝土声屏障单元结构，包括钢筋混凝土底座卧梁1，在钢筋混凝土底座卧梁1上设有钢筋混凝土背板2，在钢筋混凝土背板2内沿纵向设有预应力筋31。在本实施例中，在钢筋混凝土背板2的两边缘设有边肋柱21，预应力筋31设在边肋柱21内。在钢筋混凝土背板2上设有中肋柱22，在中肋柱22内设有预应力筋32。在钢筋混凝土背板2上边缘设有顶横梁23，在顶横梁23内设有预应力筋33。在钢筋混凝土背板2上设有中横梁24，该中横梁24位于顶横梁23与钢筋混凝土底座卧梁1之间，在中横梁24内设有预应力筋34。在边肋柱21与钢筋混凝土底座卧梁1形成的阴角处加腋41，在中肋柱22与钢筋混凝土底座卧梁1形成的阴角处加腋42。
下面参照附图，对本发明作出更为详细的说明(1)采用预应力筋的形式，先张法或后张法，有粘结或无粘结，采用先张法更适合大批量的生产；(2)采用预应力筋的种类，钢丝、钢绞线、精轧螺纹钢等等；(3)相关的锚具设计，如小型的镦头锚具、改进的挤压锚等等，见附图14和图1；(4)预应力布置技术，使得正负压力作用下，能最大程度发挥结构的性能，即使结构内外侧的抗裂性能同时达到最优化，预应力筋的数量、合力点的位置的设计。在正、负风压下，声屏障的根部拉压应力不对称，通过计算，可以使预应力筋适当地偏心，偏向拉应力较大的一侧，使得在正、负风压下声屏障结构内外侧均处于受压状态，从而，结构不开裂，基本处于弹性状态，使结构耐久性好，且耐疲劳。这样，预应力的筋使用效率也更高；(5)预应力筋的张拉控制应力大小确定；(6)配套的张拉装置设计；(7)结构几何尺寸的设计是声屏障功能要求和结构要求的结合。结构要求的原则是在功能要求下，使结构的自重尽可能的减小，本发明通过有限元软件对各个几何参数进行了优化，使声屏障重力减至最少，使安装声屏障的主体桥梁结构设计更加经济。(8)浇筑声屏障构件的混凝土配合比，其特点高强，粗骨料细。混凝土在预压作用下和风压作用的双重作用下不被压碎。在单方成本增加不多的情况下，适当地在混凝土内加入外加剂、纤维等，使混凝土的抗裂能力增加，这样可以减少预应力筋的数量。(9)边角构造方法。通过有限元分析，声屏障边角处易产生应力集中，本发明采用环氧树脂砂浆进行声屏障的边角倒角处理，或者直接浇筑混凝土倒角，使应力集中得到释放。(10)与预应力声屏障配套的波纹管、弧形压板等等。
对于直线型声屏障，采用镦头锚，有粘结的预应力形式，其施工过程(1)准确地计算下料长度；(2)镦钢丝束一端的头；(3)穿上镦头锚具；(4)穿上波纹管；(6)穿上锚垫板；(7)镦钢丝束另一端的头；(8)严格、准确地下支撑钢筋和非预应力筋，并焊接在锚垫板上；(9)套上箍筋及绑扎预留出的钢筋；(10)相关箍筋闭合口、螺旋筋的焊接；(11)形成钢筋“笼子”(12)钢筋笼子入模；(13)穿板筋和横梁的筋并预留吊钩；(14)模板封模；(15)浇筑、养护混凝土；(16)拆模；(17)张拉预应力筋，使用千斤顶，拔出螺杆，再拧紧螺栓，见附图4；(18)孔道灌浆；(19)补上预留张拉孔洞的混凝土。
直线型声屏障，先张法的施工过程(1)下钢绞线的料；(2)在张拉台座上张拉钢绞线；(3)在台座中间立声屏障的木模板；(4)浇筑混凝土；(5)养护达到强度，放松张拉力，完成预应力张拉；(6)补上预留张拉孔洞的混凝土。
声屏障结构形式如下①等截面粱板系列的声屏障(1)直线型等截面后张预应力板居中声屏障；(2)直线型等截面先张预应力板居中声屏障；(3)直线型等截面后张预应力板外平声屏障；(4)直线型等截面先张预应力板外平声屏障；(5)曲线型等截面后张预应力板居中声屏障；(6)曲线型等截面先张预应力板居中声屏障；(7)曲线型等截面后张预应力板外平声屏障；(8)曲线型等截面先张预应力板外平声屏障②变截面粱板系列的声屏障(1)直线型变截面后张预应力板居中声屏障；(2)直线型变截面先张预应力板居中声屏障；(3)直线型变截面后张预应力板外平声屏障；(4)直线型变截面先张预应力板外平声屏障；(5)曲线型变截面后张预应力板居中声屏障；(6)曲线型变截面先张预应力板居中声屏障；(7)曲线型变截面后张预应力板外平声屏障；(8)曲线型变截面先张预应力板外平声屏障③整板系列的声屏障(1)曲线型变截面后张预应力板空心声屏障；(2)曲线型变截面先张预应力板空心声屏障；(3)曲线型变截面后张预应力板实心声屏障；(4)曲线型变截面先张预应力板实心声屏障。
权利要求
1.一种用于隔离运行于高速铁路上的高速车辆所发噪声的预应力混凝土声屏障单元结构，包括钢筋混凝土底座卧梁(1)，在钢筋混凝土底座卧梁(1)上设有钢筋混凝土背板(2)，其特征在于在钢筋混凝土背板(2)内沿纵向设有预应力筋(31)。
2.根据权利要求1所述的预应力混凝土声屏障单元结构，其特征在于在钢筋混凝土背板(2)的两边缘设有边肋柱(21)，预应力筋(31)设在边肋柱(21)内。
3.根据权利要求1或2所述的预应力混凝土声屏障单元结构，其特征在于在钢筋混凝土背板(2)上设有中肋柱(22)，在中肋柱(22)内设有预应力筋(32)。
4.根据权利要求3所述的预应力混凝土声屏障单元结构，其特征在于在钢筋混凝土背板(2)上边缘设有顶横梁(23)，在顶横梁(23)内设有预应力筋(33)。
5.根据权利要求4所述的预应力混凝土声屏障单元结构，其特征在于在钢筋混凝土背板(2)上设有中横梁(24)，该中横梁(24)位于顶横梁(23)与钢筋混凝土底座卧梁(1)之间，在中横梁(24)内设有预应力筋(34)。
6.根据权利要求5所述的预应力混凝土声屏障单元结构，其特征在于在边肋柱(21)与钢筋混凝土底座卧梁(1)形成的阴角处加腋(41)，在中肋柱(22)与钢筋混凝土底座卧梁(1)形成的阴角处加腋(42)。
全文摘要
本发明公开了一种预应力混凝土声屏障单元结构。由钢筋混凝土底座卧梁、钢筋混凝土背板组成，钢筋混凝土背板设在钢筋混凝土底座卧梁上且在钢筋混凝土背板内沿纵向设有预应力筋。本发明在声屏障结构上施加预应力，使结构在未受到风荷载时，预先受到了压应力。在受到风荷载时，肋柱根部纤维由于受到了预压应力的作用，能够保持全截面受压，不出现拉应力，从而声屏障不开裂，提高其力学性能。在高速列车脉动风压下，由于预应力筋的预压作用，不开裂；结构刚度较大；疲劳性能、耐久性能好。
文档编号E01F8/00GK1995547SQ20061004059
公开日2007年7月11日 申请日期2006年5月26日 优先权日2006年5月26日
发明者张继文, 杨志峰 申请人:东南大学