本发明涉及声屏障技术领域，尤其涉及一种竖向瓦片式生态声屏障装置。
背景技术：
生态型声屏障应是在满足降噪功能和结构安全等声屏障基本要求的基础上，与建设地自然环境和生态系统相融合，具备一定的景观效果，同时兼具经济性优势的公路新型声屏障工程。
生态混凝土具有高透水性、高承载力，易维护、抗冻融、耐用、高散热等优点，其自身有许多“孔隙”，自重相对较小，施工起来较为方便。目前，国际上所开发的生态混凝土主要用于边坡治理(包括河流、湖泊、水库等的堤坝以及道路两侧的边坡治理等)。
生态混凝土的强度虽然不如普通混凝土，但是其各项物理性能可以满足生态声屏障的建设需要以及使用年限的要求。利用固体废弃物作为原材料，不仅能够实现废弃物的循环利用，降低对环境的负荷，而且能够节约建设成本，形成良好的社会效益，是保护生态环境与可持续发展观在建筑材料方面的具体体现和必然选择。生态混凝土作为生态声屏障的主要材料之一，有较好的经济性和环保性。
近年来，国内的很多学者将生态、景观理念引入到声屏障建设之中，开展了很多生态型声屏障的建设实践。总体而言，生态型声屏障的发展主要为：注重声屏障与景观协调设计，多试用低成本材料，利用废旧物品回收制造声屏障以及修筑多功能声屏障(太阳能发电、消除辐射等)等。经过研究表明混凝土类声屏障生命周期内的标准煤、电耗均小于复合彩钢板声屏障。
通过对国内外应用较为广泛的生态声屏障进行归纳，初步总结出各类生态型声屏障的特点。生态声屏障的结构形式一般包含四个部分，分别为支撑系统、植被生长系统、景观系统和功能系统，通过各系统的分工合作，形成一个完整的隔声降噪系统，达到吸声降噪的目的。
生态型声屏障的发展符合当前交通运输绿色发展、可持续发展的需求。无论是从噪声污染防治，还是从资源回收循环利用，以及交通环保工程与周边环境相互协调，生态型声屏障都起到了较好的示范作用。但目前，生态型声屏障的建造还存在如下的一些问题：
(1)形式较为单一
目前，许多公路全程或较长的一个路段均采用同一种生态型声屏障设计形式，单一的生态型声屏障设计在周边环境及景观的协调性略显不足。此外，单一设计形式也会使驾驶者或乘客产生视觉疲劳，影响驾驶者行车感受和旅行者的视觉感受，对于旅游区公路和风景区公路来说，单一的声屏障形式会降低旅游风景区的整体景观。
(2)设计形式缺乏合理规划
目前，生态型声屏障的设计多依据已建生态声屏障的经验，在形式上多进行模仿或简单改造，在生态型声屏障与周边环境协调方面仍然有一定欠缺。部分生态型声屏障在建造材料选择上，没有优先利用本地可回收再利用资源，而是选择了一些高科技材料或者新型材料，例如全部采用太阳能板。这样的设计形式虽然表面看起来节能环保，但根据实际情况中太阳能板发电的利用率以及损坏维修等情况来看，该种设计思路并不科学合理。
(3)经济性与环境协调性未能均衡考虑
生态型声屏障与传统的塑钢板型声屏障相比较，存在施工难度相对大、后期需要一定养护管理等特点。传统的声屏障也存在着因损坏而更换的养护需求，但一般损坏的频率较小，养护成本相对较低。现有的生态声屏障还未能很好地解决后期养护的经济问题，同时兼顾环境美化的效果。
技术实现要素：
本发明的实施例提供了一种竖向瓦片式生态声屏障装置，以实现用新型生态材料体现景观协调和隔绝噪声的效果。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了如下方案：
一种竖向瓦片式生态声屏障装置，包括：钢筋混凝土柱、预制板和玻璃钢瓦片，所述钢筋混凝土柱和所述预制板垂直于地面设置，多个所述钢筋混凝土柱按照设定的间距平行布设，在相邻的两个钢筋混凝土柱之间设置一个预制板，所述预制板与两端的钢筋混凝土柱固定连接，所述玻璃钢瓦片为多层结构，每层玻璃钢瓦片都通过横向钢筋进行固定，所述横向钢筋与所述预制板固定连接。
进一步地，每层玻璃钢瓦片包括多个并排设置的玻璃钢瓦片，每个玻璃钢瓦片倾斜设置。
进一步地，在每层玻璃钢瓦片的下方布设一根横向钢筋，所述横向钢筋作为玻璃钢瓦片的横向拦挡，每根横向钢筋与所述预制板上的预埋件固定连接。
进一步地，在所述横向钢筋的外侧再布设竖向设置的竖向钢筋，所述竖向钢筋的底部埋设在地面下，所述竖向钢筋与所述横向钢筋焊接连接，所述竖向钢筋与所述横向钢筋组成网格状结构，所述竖向钢筋对所述横向钢筋取着支撑作用。
进一步地，所述预埋件为宽度为50mm、厚度为5mm的钢板带，所述钢板带与所述预制板上设置的U型钢筋进行焊接连接。
进一步地，从所述钢板带上引出冷拔钢丝，所述横向钢筋、所述竖向钢筋与所述冷拔钢丝焊接连接。
进一步地，所述玻璃钢瓦片的倾斜角度为60°。
进一步地，上排玻璃钢瓦片埋置在下层玻璃钢瓦片所容纳的土壤中，将上排玻璃钢瓦片倾斜60°后，上排玻璃钢瓦片露出下排玻璃钢瓦片的垂直高度为320mm。
进一步地，所述预制板与混凝土柱上的预埋构件进行焊接连接，所述预制板采用钢筋混凝土预制板。
进一步地，所述混凝土柱的断面为T字型，所述混凝土柱的端部柱截面为倒L型。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例将生态型混凝土和玻璃钢应用于生态型声屏障的建造之中，不仅使污染环境的建筑垃圾得以被“生态处置”，同时将玻璃钢这类材料引入生态声屏障设计之中，填补了普通瓦片抗压强度不足的缺陷，进一步扩展了生态型声屏障的材料应用，提高了声屏障材料的生态友好程度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种竖向瓦片型生态声屏障装置的结构示意图，包括钢筋混凝土柱1、预制板2、玻璃钢瓦片3、冷拔钢丝4、钢板带5、横向钢筋6和竖向钢筋7；
图2为本发明实施例提供的一种预制板的竖向布置图；
图3为本发明实施例提供的一种声屏障玻璃钢瓦片的竖向布置示意图；
图4为本发明实施例提供的一种玻璃钢瓦片与预制板之间的连接示意图；
图5为本发明实施例提供的一种预埋钢板的布置示意图；
图6为本发明实施例提供的一种预埋钢板与预制板之间的节点连接示意图；
图7为本发明实施例提供的一种混凝土柱的横截面断面示意图；
图8为本发明实施例提供的一种预制板与混凝土连接的节点示意图；
图9为本发明实施例提供的一种预制板配筋示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
生态型声屏障环境协调性好、景观效果好的特点则是传统声屏障所无法比拟的。对于生态型声屏障的养护方面，如何保障养护工作的低成本运行，需要从结构设计、物种配置、养护技术等多方面进行设计研究。在生态声屏障设计中，并不是单方面追求最低养护成本，而是应当在确保建造养护的低成本同时追求其环境协调性和景观协调性的最佳效果。
玻璃钢是一种以高分子环氧树脂为基体，玻璃钢或碳纤维等为增强体，经过复合工艺而制成的复合材料。这种材料具有玻璃质轻、透明的特点，也具有钢铁的硬度和耐腐蚀的特点，因此广泛用于制造各种运动用具、管道、造船、汽车与电子产品外壳与印刷电路板等材料。此外，玻璃钢的生产技术已经十分成熟，主要的生产技术包括手糊法、喷射法、压膜法、树脂传递模塑法等，厂家还可以根据用户需要定制产品，在保证生产质量的同时可以满足施工的速度要求。经过试验测得，普通的瓦片容易被压碎，而玻璃钢瓦片非常结实，不容易被压碎。
本发明实施例提供了一种竖向瓦片型生态声屏障装置，图1为上述装置的结构示意图，图中包括钢筋混凝土柱1、预制板2、玻璃钢瓦片3、冷拔钢丝4、钢板带5、横向钢筋6和竖向钢筋7。
所述钢筋混凝土柱和所述预制板垂直于地面设置，多个所述钢筋混凝土柱按照设定的间距平行布设，在相邻的两个钢筋混凝土柱之间设置一个预制板，所述预制板与两端的钢筋混凝土柱固定连接，所述玻璃钢瓦片为多层结构，每层玻璃钢瓦片都通过横向钢筋进行固定，所述横向钢筋与所述预制板固定连接。
每层玻璃钢瓦片包括多个并排设置的玻璃钢瓦片，每个玻璃钢瓦片倾斜设置。所述预制板与混凝土柱上的预埋构件进行焊接连接。
本发明实施例提供了一种竖向瓦片型生态声屏障装置，该型声屏障装置的结构特点是由玻璃钢瓦片承受土壤及植物的重量，玻璃钢瓦片通过构造钢筋将荷载传递到与玻璃钢瓦片相联系的预制板，预制板再将荷载传递给钢筋混凝土柱，进而再传递到地面基础上。
上述竖向瓦片型生态声屏障结构装置的荷载汇总包括：
(1)永久荷载：包括玻璃钢瓦片自重、土壤自重及植物的自重。
(2)可变荷载：风荷载。
《荷载规范》规定，风荷载的计算公式为
wk＝βzμsμzw0
式中：
wk—风荷载标准值(kN/m2)；
βz—高度z处的风振系数；
μs—风荷载体型系数；
μz—风压高度变化系数；
w0—基本风压(kN/m2)。
比如，生态声屏障所在位置在泰宁地区，经查《荷载规范》可以确定该地区的基本风压(n＝50年)为0.30kN/m2，该地区的海拔高度为342.90米。
荷载组合
根据《荷载规范》，计算结构承载力极限状态时应采用荷载基本组合，其计算公式为：
由永久荷载效应控制的组合
用可变荷载效应控制的组合
式中：
γG—永久荷载的分项系数；
γQi—第i个可变荷载的分项系数，其中γQi为可变荷载为Q1时的分项系数；
SGk—按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；
SQik—按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者；
ψci—可变荷载Qi的组合值系数；
n—参与组合的可变荷载。
设计计算要点
为了保证生态声屏障有足够的强度与刚度，钢筋混凝土柱间距不宜过大，一般选择在2.5m～3.5m之间；竖向瓦片型生态声屏障所在地段总长度为100m，为了景观上的整齐美观，取钢筋混凝土柱间距为2.5m，即保证柱间的间距均匀，可以使生态声屏障的立面效果达到最佳，同时也能够满足其强度及刚度的要强求。
图2为本发明实施例提供的一种预制板的竖向布置图，钢筋混凝土柱间设置预制板，预制板与两端的钢筋混凝土柱固定连接，形成一个整体。
预制板可以采用钢筋混凝土预制板，预制板的经济宽度为500mm～800mm；本地段生态声屏障的高度为2.60m，为了使预制板能尽可能地规整，所以确定板宽尺寸为600mm×4+300mm，即在一个柱间范围内，沿高度方向采用4块宽度为600mm与1块宽度为300mm的预制板，与柱顶平齐。
该生态声屏障采用倾斜式的玻璃钢瓦片，这种做法有利于植物的生长，能够增加路域景观效果，也有利于生态声屏障对噪声的反射，提高降噪效果。相对于板墙式生态声屏障，倾斜玻璃钢瓦片的设计更显立体感，有利于营造良好的路域景观效果，对预防交通事故的发生也有一定的作用。所用的玻璃钢瓦片为仿清瓦，由于当地的生产条件，确定尺寸为400mm(宽)×525mm(高)。为了使倾斜的玻璃钢瓦片能达到预想的景观要求并且满足结构的稳定性及刚度要求，确定玻璃钢瓦片的倾斜角度为60°。
本发明实施例提供的一种声屏障玻璃钢瓦片的竖向布置示意图如图3所示。为了使上下两排玻璃钢瓦片有足够的连接强度，因此上排玻璃钢瓦片应埋置在下层玻璃钢瓦片所容纳的土壤中。综合考虑上述原因，将上排玻璃钢瓦片倾斜60°后，上排玻璃钢瓦片露出下排玻璃钢瓦片的垂直高度为320mm(最低排玻璃钢瓦片直接倾斜60°，不再考虑将其埋置到土壤中)。
图4为本发明实施例提供的一种玻璃钢瓦片与预制板之间的连接示意图，为了达到更佳的稳定性，在各柱间每层玻璃钢瓦片的下方紧贴布设一根横向钢筋6，作为玻璃钢瓦片3的横向拦挡,每根横向钢筋6与预制板2采用焊接等方式固定连接。在横向钢筋6的外侧再布设竖向设置的竖向钢筋7，竖向钢筋7的底部埋设在地面下，竖向钢筋7与横向钢筋6焊接连接，竖向钢筋7与横向钢筋6组成网格状结构，竖向钢筋7对所述横向钢筋6取着支撑作用。
各钢筋混凝土柱1间长度在2.5-3m，为了避免拉伸的钢筋因玻璃钢瓦片和土的压力而弯曲成弧形，在各柱间间隔0.6m布设一个0.5mm厚的钢板带5，钢板带5上设置预埋件，从预埋件上引出冷拔钢丝4，横向拦挡各层玻璃钢瓦片的横向钢筋6与冷拔钢丝4焊接成一个整体，竖向钢筋7也可以与冷拔钢丝4焊接连接。使荷载的分散更加均匀与合理，从而使结构更加稳定。
图5为本发明实施例提供的一种预埋钢板带的布置示意图，图6为本发明实施例提供的一种预埋钢板带与预制板之间的节点连接示意图。预制板的长度均为柱间净距，即2080mm(柱的尺寸后述)，预制板上预埋U型钢筋，利用点焊将宽度为50mm、厚度为5mm的钢板带连接在预制板上，进而方便预制板与玻璃钢瓦片之间的连接。钢板带布置的间距满足玻璃钢瓦片的布置。
图7为本发明实施例提供的一种混凝土柱的横截面断面示意图，图8为本发明实施例提供的一种预制板与混凝土之间的连接节点示意图。预制板与混凝土柱上的预埋构件进行焊接连接，预埋件均满足构造要求，即锚固长度等均满足国家相关规范规程的要求。为了加强混凝土柱与预制板在连接处节点的牢固性，将混凝土柱的断面设计成T字型(端部柱截面为倒L型)，预制板固定在混凝土柱翼缘与腹板的相交处，更大程度地加强了两者之间的咬合作用，有利于两者之间的强度与刚度。
图9为本发明实施例提供的一种预制板的配筋示意图，预制板承受的外力主要包括预制板所容纳土壤对其产生的倾覆力及风荷载对其的水平作用力，在此基础上对预制板进行综合的受力分析，同时要考虑《混凝土结构设计规范》及相关图集对钢筋布置做出的规定，从而得到预制板的配筋图。
对图9中的预制板的配筋的作用、结构、连接情况和布设规则等补充说明一下
预制板将荷载传递给混凝土柱，可将该荷载等效看作是竖向均布荷载，其对混凝土柱产生弯矩，而混凝土柱可以等效成竖向悬臂构件，则最大弯矩产生于混凝土柱根，所以混凝土柱的配筋应充分考虑该最大弯矩的影响，即承载力极限状态设计时控制弯矩应为该弯矩。
地下基础承受上部传来的所有外荷载，所以基础应有足够的强度与刚度。为方便施工，对基础采用锥形基础设计。根据《建筑结构基础设计规范》，对基础进行承载力极限状态计算分析及抗倾覆计算分析，可以得到满足上述要求的基础配筋。
综上所述，本发明实施例将生态型混凝土和玻璃钢应用于生态型声屏障的建造之中，不仅使污染环境的建筑垃圾得以被“生态处置”，同时将玻璃钢这类材料引入生态声屏障设计之中，填补了普通瓦片抗压强度不足的缺陷，进一步扩展了生态型声屏障的材料应用，提高了声屏障材料的生态友好程度。生态型混凝土也是一种生态型声屏障的材料应用，其高透水性、高承载力，易维护、抗冻融、耐用、高散热、孔空隙率高，自重相对较小等优点不仅便于施工，而且为植物生长提供了可能，对道路粉尘也有很好的吸附效果，提高了声屏障材料的生态友好功能。
在确保同等隔声效果的情况下，竖向瓦片式生态声屏障跟其他竖向结构的生态声屏障相比主要优势体现在新型材料的运用、简单易施工、斜插式瓦片结构和造型的景观融合性。
新型材料运用主要指生态混凝土和玻璃钢瓦片，这两种材料环保又便于采购，体现了低碳节约可循环的特点；斜插式瓦片结构可容纳更多土壤有利于植物的生长，同时解决了植物后期生长争夺阳光的问题，更加兼顾季相景观效果，同时瓦片结构与南方的白墙黑瓦民居建筑形式可融为一体，景观协调性最佳也独具特色，可有效改善周围的路域景观；此外，墙体设计简单，可以有效地降低施工难度，便于施工操作，缩短工期。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。