铁路整体曲线形式声屏障的制作方法

本发明涉及铁路中使用的构件，具体涉及一种铁路声屏障。

背景技术：

国外发达国家在隔声屏研究及应用方面已做了大量的工作，开发出了直立型、Y型、倒L型、倾斜型及隔声罩等多种型式，但尚无高速铁路全封闭声屏障的相关报道。

近年来，随着我国社会经济的发展及民众环保意识的提高，交通引起的振动和噪声对区域的环境影响逐渐得到重视，各式声屏障结构已在铁路、公路及轨道交通桥梁中得到了大量的运用，其隔音、降噪特点如下：

(1)铁路直立式声屏障

该类声屏障已在国内铁路通过的环境敏感点，在学校、工厂、居民区附近普遍使用，其高度低、构造简单，立体隔音、降噪效果一般。

(2)铁路箱梁+钢棚架、隔音板组合的半封闭式声屏障

该类声屏障主要用在客运专线铁路方面，例如沪杭客专采用了半封闭式声屏障。该段半封闭式声屏障长300m，梁部采用单箱单室混凝土简支箱梁，风屏障为门式钢棚架结构，半侧封闭，列车气动力效应不及全封闭结构。但是，钢棚架+吸声板及隔声板的组合声屏障结构存在造价高、耐久性差、后期养护维修量大，半封闭结构隔声效果不显著等问题。且测试结果表明，该段声屏障内侧和外侧的噪声曲线对比显示出隔声量并没有达到30dB(A)，而敞开侧的隔声量更低，远达不到30dB(A)要求。

(3)槽形半封闭结构+钢棚架、隔音板组合的挡风结构

这种类似结构例如兰新铁路第二双线风屏障，该方案采用轻型钢结构棚架，覆盖开孔波形钢板主要用以解决接触网防风要求。挡风结构设于线路两侧，立柱与简支梁翼缘通过螺栓连接。该类结构为部分透风的结构，不能用于降低结构噪音。

(4)公路、城市轨道交通全封闭式(含半封闭式)声屏障

城市道路及城市轨道交通桥梁方面，武汉市轨道交通一号线半封闭式声屏障，北京市轨道交通工程、北京市动物园高架桥以及香港轨道交通采用了全封闭式声屏障等。此类结构的高度均远小于铁路或高速铁路，受风面积小，结构高度尺寸上与铁路声屏障可比性小。且行车速度低列车气动力效应不甚显著，汽车及轨道交通荷载比铁路轻，振动效应及噪音小于铁路桥梁；养护维修对交通影响比铁路小。

此外，上述几种结构均不能起到有效减小外部风压、列车气动力作用。

技术实现要素：

针对现有声屏障结构在铁路桥梁上应用时存在的一系列问题，本发明的目的在于提供一种既能既能起到有效减小外部风压、降低列车气动力作用，又能改善声屏障隔声吸声性能的铁路整体曲线形式声屏障。

为达到上述目的，本发明设计的铁路整体曲线形式声屏障，其特征在于：包括声屏障基和声屏障；所述声屏障的截面为封闭的光滑曲线，所述光滑曲线对称布置且与对称轴的交点为最高点，所述光滑曲线为由最高点远离对称轴同时向下光滑延伸一段距离后再继续向下并向对称轴光滑靠近一段距离，所述光滑曲线的两端与声屏障基固定。

优选的，所述光滑曲线到对称轴最远的两点之间的距离大于所述光滑曲线两端点之间的距离。

优选的，所述光滑曲线到对称轴最远的两点之间的距离大于桥面宽度。

优选的，所述光滑曲线为椭圆截去部分线段。

优选的，所述光滑曲线为多段相切的圆弧。

进一步优选的，所述光滑曲线为三段相切的圆弧。

优选的，所述声屏障包括骨架和隔声板。

本发明的有益效果是：一、采用整体曲线的外形结构能有效减小声屏障的外部风阻，有利于减小结构承受的风压，适用于台风地区，降低受力构件工程量。二、采用整体曲线的外形结构能在桥面宽度相同的条件件下，声屏障下部尽量外扩，列车的高度范围内的结构内宽增大，从而减小列车通过时的局部压缩比，减小内部高速列车的气动压力，使得列车的侧向阻力明显减小，有利于减小声屏障板材及骨架所受到的列车气动力引起的振动，有利于降噪，亦可增强列车在其内部行驶时的舒适度；三、采用整体曲线的外形结构能最大限度的将内部噪音按原路径反射回，从而能够形成有效的声波干涉，从而降低噪音。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是现有技术一的结构示意图

图3是现有技术二的结构示意图

图4是现有技术一的流场图与压力图

图5是现有技术二的流场图与压力图

图6是本发明的流场图与压力图

图中：声屏障基1、声屏障2、对称轴3、主梁4。

具体实施方式

下面通过图1～图6以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述，本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明设计的铁路整体曲线形式声屏障，包括声屏障基1和声屏障2，所述声屏障基1位于主梁4横桥向的两侧；所述声屏障2的截面为封闭的光滑曲线，所述光滑曲线对称布置且与对称轴3的交点为最高点，所述光滑曲线为由最高点远离对称轴3同时向下光滑延伸一段距离后再继续向下并向对称轴3光滑靠近一段距离，所述光滑曲线的两端与声屏障基1固定。

优选的，所述光滑曲线到对称轴最远的两点A、B之间的距离大于所述光滑曲线两端点C、D之间的距离，也即使线段AB＞线段CD。所述光滑曲线到对称轴最远的两点A、B之间的距离大于桥面宽度，也即是形成了外凸的结构。

优选的，所述光滑曲线为椭圆截去部分线段。

优选的，所述光滑曲线为多段相切的圆弧。

进一步优选的，所述光滑曲线为三段相切的圆弧。

优选的，所述声屏障包括骨架和隔声板。骨架及隔声板材可在工厂内预制，运至工地现场安装。采用多段相切的圆弧方案，可减小骨架及隔声板的种类及制造难度。

一)外部气动性能对比

采用计算流体力学(CFD)软件FLUENT中的SST k-ω模型，定常分析不同风速、不同攻角下主梁断面和三个带全封闭式声屏障断面方案(图1至图3)的静风气动力特性。

对图1至图3三种结构进行1:1模型计算，选定风速15m/s、风攻角-3°、0°、3°进行气动力数值模拟分析，结果如表1及图4至6所示。

由流场图和压力图(图4至图6)可知，本发明的分离点明显靠后，出现两个对称的尾流涡旋，且位置较现有技术一和现有技术二的两种结构低，故阻力系数低于现有技术的两种方案，表1中本发明的声屏障各个角度的阻尼系数仅为其余两方案的62％～89％，由于对全封闭式声屏障外形设计，阻力系数起控制作用，故方本发明外部气动力性能优于现有技术中的两种方案。

表一 不同风速下各断面气动力系数

二)列车气动性能对比：

CFD三维气动力分析结果表明，现有技术一、二(图2和图3)与本发明(图1)的阻塞率接近，但列车在本发明设计的声屏障内运行时，列车的侧向阻力、竖向升力侧、翻力矩分别为现有技术方案的67％、36％、70％。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。