專利名稱：預應力混凝土聲屏障單元結構的制作方法
技術領域：
本發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行于高速鐵路上的高速車輛所發噪聲的預應力混凝土聲屏障單元結構。
背景技術：
背景技術：
中國鐵路已分別于1997年、1998年、2000年、2001年和2004年進行了五次大規模的提速。近幾年來，鐵路將力爭第六次大提速，屆時，中國鐵路提速總延展里程將達到一萬六千多公里。目前國家已經進行了中長期路網規劃，規劃了“四縱四橫”鐵路快速客運通道以及三個城際快速客運系統，各條線的速度目標值為200km/h～350km/h。
德國法蘭克福至科隆的高速列車在運行速度超出250km/h以上時，產生很大的列車脈動力，將兩側的金屬聲屏障結構全部擊垮，破壞時，金屬聲屏障背板在脈動力作用下象紙片一樣呈波浪形皺褶損毀。因此，設計出性能優良耐久造價低的聲屏障乃當今國際高速鐵路建設中的難題。
隨著列車的速度越來越快，其施加給聲屏障的氣動壓力和氣動吸力也越來越大，目前設計或以往設計的聲屏障不能適應高速鐵路的脈動風壓力。現有技術金屬聲屏障，普通混凝土聲屏障，結構形式多為立柱加插板型；金屬的易生銹，被盜，維護費用高；普通混凝土聲屏障自重大，通常不能滿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，剛度在反復荷載作用下開裂后不斷衰退，導致鋼筋銹蝕，變形過大，耐久性差，易發生疲勞破壞，甚至共振破壞。
插入式聲屏障，在脈動風壓下，螺栓易松動，耐久性不好，后期的維護費用較高；普通混凝土的聲屏障結構在正負交替的拉壓應力作用下，聲屏障的根部兩側混凝土均可會開裂，最終造成全截面開裂貫通，形成了只有鋼筋連接的鉸，結構體系剛度大減，形成一個不穩定的結構，同時結構的開裂，使鋼筋外露，鋼筋腐蝕加劇，甚至由于剛度的減小，使聲屏障結構的自振頻率(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)，產生共振，這些都加劇損害普通混凝土聲屏障結構；現剛研發出的活性粉末鋼纖維混凝土(Reactive Powder Concrete，簡稱RPC)聲屏障力學性能很好，特別是抗裂性能好，其抗拉強度可達到20MPa，但其缺點是費用昂貴，每立方米6000～8000元，是混凝土的10倍以上，而且，施工工藝復雜，不便推廣應用。
發明內容
為了克服現有聲屏障技術不足，本發明提供一種抗裂性能好，耐疲勞，耐久，耐候，耐腐蝕，施工方便，造價低的預應力混凝土聲屏障單元結構。
本發明采用如下技術方案一種用于隔離運行于高速鐵路上的高速車輛所發噪聲的預應力混凝土聲屏障單元結構，包括鋼筋混凝土底座臥梁，在鋼筋混凝土底座臥梁上設有鋼筋混凝土背板，在鋼筋混凝土背板內沿縱向設有預應力筋。
與現有技術相比，本發明具有如下優點在聲屏障結構上施加預應力，使結構在未受到風荷載時，預先受到了壓應力。在受到風荷載時，肋柱根部纖維由于受到了預壓應力的作用，能夠保持全截面受壓，不出現拉應力，從而聲屏障不開裂，提高其力學性能。本發明在高速列車脈動風壓下，由于預應力筋的預壓作用，不開裂；結構剛度較大；疲勞性能、耐久性能好；另外，制作預應力聲屏障的費用小，尤其是先張法。
本發明若采用高性能混凝土的優點，施工方便，早強，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，以消除應力集中，提高結構抗裂等性能。同樣，板格周邊加腋以提高板邊抗裂能力和承載力，因為，此處負彎矩最大。這樣以較小的代價，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，這可通過模板設計加以實施。另外，還可雙向施加預應力，即既對豎向肋柱內施加預應力，同時在橫向肋梁內施加預應力來進一步提高單元板的結構性能。甚至，在板內單向或雙向施加均勻的預應力。由于本發明的板的厚度較薄，只有60mm，放置雙層鋼筋網(因為雙向受力，正壓和負壓)，混凝土保護層較小，容易銹蝕。為了保證板內鋼筋不銹蝕，提高耐久性，還可在板內采用環氧涂層帶肋鋼筋(鋼絲)或環氧涂層刻痕鋼筋(鋼絲)，或者內芯為帶肋(刻痕)鋼筋(鋼絲)外層為纖維增強樹脂的高性能復合筋材，纖維可采用高性能高強碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等，甚至采用全纖維增強復合筋材，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足強度要求，又能滿足耐久性的要求。預應力布筋技術，采用最少的預應力材料使結構性能達到最優化。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的預應力筋布置示意圖。
圖3是本發明的肋柱中預應力筋布置圖。
圖4是本發明的肋柱底部預應力筋布置圖。
圖5是本發明的肋柱中部預應力筋布置圖。
圖6是本發明的肋柱頂部預應力筋布置圖。
圖7是本發明的先張法的無墊板的肋柱中預應力筋布置圖。
圖8是本發明的先張法的有墊板的肋柱中預應力筋布置圖。
圖9是直線型等截面板居中聲屏障結構示意圖。
圖10是曲線型等截面板外平聲屏障結構示意圖。
圖11是曲線型等截面板居中聲屏障結構示意圖。
圖12是曲線型等截面板外平三等肋梁聲屏障結構示意圖。
圖13是曲線型等截面板外平二等肋梁聲屏障結構示意圖。
圖14是曲線型變截面板外平聲屏障結構示意圖。
圖15是曲線型變截面空心板聲屏障結構示意圖。
圖16是曲線型變截面空心板聲屏障橫截面示意圖。
圖17是改進的擠壓錨示意圖。
圖18是改進的擠壓錨橫斷面示意圖。
具體實施例方式
一種用于隔離運行于高速鐵路上的高速車輛所發噪聲的預應力混凝土聲屏障單元結構，包括鋼筋混凝土底座臥梁1，在鋼筋混凝土底座臥梁1上設有鋼筋混凝土背板2，在鋼筋混凝土背板2內沿縱向設有預應力筋31。在本實施例中，在鋼筋混凝土背板2的兩邊緣設有邊肋柱21，預應力筋31設在邊肋柱21內。在鋼筋混凝土背板2上設有中肋柱22，在中肋柱22內設有預應力筋32。在鋼筋混凝土背板2上邊緣設有頂橫梁23，在頂橫梁23內設有預應力筋33。在鋼筋混凝土背板2上設有中橫梁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內設有預應力筋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，對本發明作出更為詳細的說明(1)采用預應力筋的形式，先張法或后張法，有粘結或無粘結，采用先張法更適合大批量的生產；(2)采用預應力筋的種類，鋼絲、鋼絞線、精軋螺紋鋼等等；(3)相關的錨具設計，如小型的鐓頭錨具、改進的擠壓錨等等，見附圖14和圖1；(4)預應力布置技術，使得正負壓力作用下，能最大程度發揮結構的性能，即使結構內外側的抗裂性能同時達到最優化，預應力筋的數量、合力點的位置的設計。在正、負風壓下，聲屏障的根部拉壓應力不對稱，通過計算，可以使預應力筋適當地偏心，偏向拉應力較大的一側，使得在正、負風壓下聲屏障結構內外側均處于受壓狀態，從而，結構不開裂，基本處于彈性狀態，使結構耐久性好，且耐疲勞。這樣，預應力的筋使用效率也更高；(5)預應力筋的張拉控制應力大小確定；(6)配套的張拉裝置設計；(7)結構幾何尺寸的設計是聲屏障功能要求和結構要求的結合。結構要求的原則是在功能要求下，使結構的自重盡可能的減小，本發明通過有限元軟件對各個幾何參數進行了優化，使聲屏障重力減至最少，使安裝聲屏障的主體橋梁結構設計更加經濟。(8)澆筑聲屏障構件的混凝土配合比，其特點高強，粗骨料細。混凝土在預壓作用下和風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，適當地在混凝土內加入外加劑、纖維等，使混凝土的抗裂能力增加，這樣可以減少預應力筋的數量。(9)邊角構造方法。通過有限元分析，聲屏障邊角處易產生應力集中，本發明采用環氧樹脂砂漿進行聲屏障的邊角倒角處理，或者直接澆筑混凝土倒角，使應力集中得到釋放。(10)與預應力聲屏障配套的波紋管、弧形壓板等等。
對于直線型聲屏障，采用鐓頭錨，有粘結的預應力形式，其施工過程(1)準確地計算下料長度；(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)嚴格、準確地下支撐鋼筋和非預應力筋，并焊接在錨墊板上；(9)套上箍筋及綁扎預留出的鋼筋；(10)相關箍筋閉合口、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留吊鉤；(14)模板封模；(15)澆筑、養護混凝土；(16)拆模；(17)張拉預應力筋，使用千斤頂，拔出螺桿，再擰緊螺栓，見附圖4；(18)孔道灌漿；(19)補上預留張拉孔洞的混凝土。
直線型聲屏障，先張法的施工過程(1)下鋼絞線的料；(2)在張拉臺座上張拉鋼絞線；(3)在臺座中間立聲屏障的木模板；(4)澆筑混凝土；(5)養護達到強度，放松張拉力，完成預應力張拉；(6)補上預留張拉孔洞的混凝土。
聲屏障結構形式如下①等截面粱板系列的聲屏障(1)直線型等截面后張預應力板居中聲屏障；(2)直線型等截面先張預應力板居中聲屏障；(3)直線型等截面后張預應力板外平聲屏障；(4)直線型等截面先張預應力板外平聲屏障；(5)曲線型等截面后張預應力板居中聲屏障；(6)曲線型等截面先張預應力板居中聲屏障；(7)曲線型等截面后張預應力板外平聲屏障；(8)曲線型等截面先張預應力板外平聲屏障②變截面粱板系列的聲屏障(1)直線型變截面后張預應力板居中聲屏障；(2)直線型變截面先張預應力板居中聲屏障；(3)直線型變截面后張預應力板外平聲屏障；(4)直線型變截面先張預應力板外平聲屏障；(5)曲線型變截面后張預應力板居中聲屏障；(6)曲線型變截面先張預應力板居中聲屏障；(7)曲線型變截面后張預應力板外平聲屏障；(8)曲線型變截面先張預應力板外平聲屏障③整板系列的聲屏障(1)曲線型變截面后張預應力板空心聲屏障；(2)曲線型變截面先張預應力板空心聲屏障；(3)曲線型變截面后張預應力板實心聲屏障；(4)曲線型變截面先張預應力板實心聲屏障。
權利要求
1.一種用于隔離運行于高速鐵路上的高速車輛所發噪聲的預應力混凝土聲屏障單元結構，包括鋼筋混凝土底座臥梁(1)，在鋼筋混凝土底座臥梁(1)上設有鋼筋混凝土背板(2)，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)內沿縱向設有預應力筋(31)。
2.根據權利要求1所述的預應力混凝土聲屏障單元結構，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)的兩邊緣設有邊肋柱(21)，預應力筋(31)設在邊肋柱(21)內。
3.根據權利要求1或2所述的預應力混凝土聲屏障單元結構，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)上設有中肋柱(22)，在中肋柱(22)內設有預應力筋(32)。
4.根據權利要求3所述的預應力混凝土聲屏障單元結構，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)上邊緣設有頂橫梁(23)，在頂橫梁(23)內設有預應力筋(33)。
5.根據權利要求4所述的預應力混凝土聲屏障單元結構，其特征在于在鋼筋混凝土背板(2)上設有中橫梁(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)內設有預應力筋(34)。
6.根據權利要求5所述的預應力混凝土聲屏障單元結構，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
本發明公開了一種預應力混凝土聲屏障單元結構。由鋼筋混凝土底座臥梁、鋼筋混凝土背板組成，鋼筋混凝土背板設在鋼筋混凝土底座臥梁上且在鋼筋混凝土背板內沿縱向設有預應力筋。本發明在聲屏障結構上施加預應力，使結構在未受到風荷載時，預先受到了壓應力。在受到風荷載時，肋柱根部纖維由于受到了預壓應力的作用，能夠保持全截面受壓，不出現拉應力，從而聲屏障不開裂，提高其力學性能。在高速列車脈動風壓下，由于預應力筋的預壓作用，不開裂；結構剛度較大；疲勞性能、耐久性能好。
文檔編號E01F8/00GK1995547SQ20061004059
公開日2007年7月11日 申請日期2006年5月26日 優先權日2006年5月26日
發明者張繼文, 楊志峰 申請人:東南大學
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