一种城市高架通风型组合式声屏障
技术领域
本发明涉及吸隔声声屏障技术领域，特别涉及一种城市高架通风型组合式声屏障。
背景技术
近年来随着我国经济水平不断提升，全国各地的各类交通基础设施蓬勃发展并日趋完善。截止2019年底，我国31个省(自治区、直辖市)中已有29个开通了地铁(呼和浩特、太原在建)，许多非省会的城市也即将进入地铁时代。虽然为人们的出行提供了便利，但随之而来的噪声问题也愈来愈突出，在一些地区，甚至出现了交通基础设施“便民也扰民”的现象。因此，解决噪声污染问题迫在眉睫。
目前，解决交通噪声污染问题最行之有效的方法就是在道路和铁路线路两旁安装声屏障。但是，对于高架线路而言，由于其距离地面较高，风荷载的作用不容忽略，尤其是横风，若安装传统的无通风卸载功能的声屏障，则不仅会影响声屏障的使用寿命，而且会增大桥梁所承受的荷载，不利于桥梁保持自身稳定性，危害行车安全。我国东南沿海地区经济高度发达，城市高架桥建设迅速，相应地对声屏障的需求量也愈来愈多，然而在每年的5-12月份这些地区都会面临台风的威胁，因此需要研发一种通风型声屏障。
虽然，目前国内已经有一些学者和团队开发出了通风型声屏障，但是这些声屏障要么是全封闭结构，体积巨大，会占据大量的空间；要么是装置复杂，含有各类感应系统，可靠性低，成本高。因此，发明一种结构简单、造价低廉、可靠性高且易于维护的城市高架通风型声屏障是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种解决上述问题的声屏障，具体而言，本发明提供一种城市高架通风型组合式声屏障，其特征在于：一类吸隔声单元板、二类吸隔声单元板和顶端降噪板，分别位于声屏障的中部、下部和顶部，其中一类吸隔声单元板具有通风作用。
进一步地，所述一类吸隔声单元板包含金属骨架和安装在所述金属骨架上的转轴和活动式降噪板。
进一步地，在所述金属骨架上设置有多层、每层多个活动式降噪板，其中每层的多个活动式降噪板设置在同一个转轴上。
进一步地，所述活动式降噪板包括第一面板、第一背板和套管，其中，第一面板和第一背板可卡接扣合在一起，在其内形成有第一空腔；所述套管设置在第一面板和第一背板之间，并沿着面板的纵长方向延伸。
进一步地，第一面板和第一背板其中之一上设置有第一卡件，另一个上设置有第一卡槽，通过第一卡件和第一卡槽的扣合实现了对于第一面板和第一背板的定位和连接。
进一步地，所述第一面板和第一背板上设置有套管连接片，用于连接固定套管。
进一步地，在每层活动式降噪板的顶部都固定安装有限位挡板。
进一步地，所述二类吸隔声单元板包括第二面板、第二背板和吸声柱，所述第二面板和第二背板扣合在一起，并在内部形成第二空腔，在所述的第二空腔内等间距设置多组吸声柱。
进一步地，所述吸声柱包括外壳和多孔填充物，相邻吸声柱的相对面为对称倾斜面，使得相邻吸声柱之间的空腔为锥形结构
进一步地，顶端降噪板包含第三面板、第三背板和楔形底座，其中，所述第三面板和第三背板扣合在一起，其内部形成有和第三空腔；所述第三面板和第三背板安装在所述楔形底座上，所述楔形底座固定在金属骨架的顶端。
与全封闭式通风型声屏障相比，本发明体积小，质量轻，可增大桥梁结构净空，降低所受载荷；由于采用直立式屏体且无复杂的操作系统，本发明构造简单、可靠性强，可批量生产且成本相对较低；通风结构的工作动力来源于风荷载和活动式降噪板的自重，风荷载可驱动降噪板转动，自重可使降噪板复位闭合，且转动角度可由风荷载和降噪板的自重计算得出，减载率可以得到保证；通过改变降噪板的自重和迎风面积可获得不同的转动角度，进而达到不同的减载率，故本发明的适用性较广。
附图说明
图1为整体结构正视图；
图2为整体结构后视及侧视图，其中A为后视图；B为侧视图；
图3为活动式降噪板视图，其中A为正视图；B为侧视图；
图4为该声屏障受风工作示意图；
图5为二类吸隔声单元板结构图；
图6为顶端降噪板侧视图；
图7为卡接系统连接第一状态示意图；
图8为卡接系统连接第二状态示意图。
图中：1-一类吸隔声单元板；2-二类吸隔声单元板；3-顶端降噪板；4-金属骨架；5-活动式降噪板；6-限位挡板；7-转轴保护盖；8-第一保护面板；9-第一隔声背板；10-第一百叶孔；11-第二百叶孔；12-第二保护面板；13-第二隔声背板；14-第三百叶孔；15-第三保护面板；16-第三隔声背板；17-圆形卡槽；18-半圆形卡接件；19-转轴；20-套管；21-套管连接片；22-第一空腔；23-配重块；24-第三空腔；25-楔形底座；26-楔形凹槽；27-连接螺栓；28-吸声柱；29-第二空腔。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。文中涉及的一些专业术语和技术用语与本申请所属技术领域的一般从业人员所理解的意义相同。
需要说明的是，下述实施例中的数量词，如“第一、第二、第三、I、I I、I I I”等词仅仅只是为了区分同一类结构在声屏障的不同部位，而并非该结构在声屏障中的地位。
如图1-7所示，本发明的一种城市高架通风型组合式声屏障，包括：一类吸隔声单元板1、二类吸隔声单元板2和顶端降噪板3，分别位于声屏障的中部、下部和顶部，其中一类吸隔声单元板1具有通风作用。
优选地，如图1所示，所述一类吸隔声单元板1包含金属骨架4(例如，铝合金骨架)和安装在所述金属骨架4上的活动式降噪板5和转轴19。
其中，在所述金属骨架4上设置有多层、每层多个活动式降噪板5，其中每层的多个活动式降噪板5设置在同一个转轴19上。在一个方案中，该一类吸隔声单元板1包括在金属骨架4上等间距且分层配置的十六块规格尺寸相同的活动式降噪板，每层四块，共设有四层，且每层降噪板共用一根转轴19。
在一个方案中，在每层活动式降噪板5的顶部都固定安装有限位挡板6。其中，多层活动式降噪板5中至少一层所安装的限位挡板6与其它层安装的限位挡板6在不同的面。在一个优选方案中，多层活动式降噪板5中奇数层和偶数层的限位挡板6安装在不同的面，使得相邻层降噪板的转动方向相反，以达到双向通风的目的。例如，第一层和第三层活动式降噪板5的限位挡板6布置于声屏障的正面，第二层和第四层的限位挡板6布置于声屏障的背面。由于限位挡板的存在，当横风单向袭来时，该单元板有一半的面积处于开启状态，不至于降噪板被全部吹起，而降低其吸隔声效果。另外，转轴保护盖18可保护转轴端部免受雨水阳光的侵蚀，打开保护盖还以对转轴进行喷油养护，使其正常工作。
优选地，如图3所示，活动式降噪板5包含了第一保护面板8、第一隔声背板9和套管20。其中，第一保护面板8和第一隔声背板9可卡接扣合在一起，在其内形成有第一空腔22。所述套管20设置在第一保护面板8和第一隔声背板9之间，并沿着面板的纵长方向延伸(图3左右方向)。
在一个方案中，第一保护面板8和第一隔声背板9其中之一上设置有第一卡件，另一个上设置有第一卡槽(图中未示出)。通过第一卡件和第一卡槽的扣合实现了对于第一保护面板8和第一隔声背板9的定位和连接。在一个方案中，所述第一卡件具有弹性，插入第一卡槽后，在弹性力作用下实现了紧固作用。
在一个方案中，所述第一保护面板8和第一隔声背板9上设置有套管连接片21，用于连接固定套管20。
在一个方案中，所述套管20为两片截面为半圆形的长条片组合而成。每个半圆形的长条片分别与所述第一保护面板8和第一隔声背板9中的一个通过套管连接片21固定连接。优选地，所述套管20和套管连接片21为金属结构，采用焊接连接固定。
在一个方案中，所述第一保护面板8和第一隔声背板9通过螺栓(图中未示出)紧固连接。这样相比于单纯扣合的方式更加牢固。在一个方案中，所述螺栓优选为六角螺栓。所述螺栓的数量优选为四套，从四个角将所述第一保护面板8和第一隔声背板9连接固定。在一个方案中，在第一保护面板8和第一隔声背板9上设置有螺栓孔，用于所述螺栓拧入，以实现对于第一保护面板8和第一隔声背板9的固定连接。
在一个方案中，通过在套管20中穿设转轴19将活动式降噪板5活动连接在金属骨架4上。仅需拧开螺栓就可将降噪板从声屏障上拆卸下来，便于进行维修和更换。在一个方案中，套管20和转轴19之间的空隙填充有润滑剂，可减小降噪板的转动阻力。
在一个方案中，所述第一保护面板8表面设有第一百叶孔10和第二百叶孔11，第一百叶孔10和第二百叶孔11允许噪声进入降噪板内，又有效地防止雨水直接渗入结构内部而影响消声性能。
在一个方案中，第一空腔22内部填充有吸声材料，可采用玻璃棉、矿棉、岩棉等。
在一个方案中，所述活动式降噪板5的第一空腔22内还设置有配重块23，所述配重块23位于所述转轴19的下方。这样可以方便调节降噪板的重量，进而可调节降噪板的偏转幅度。该降噪板在横风作用下可绕转轴转动，在不同的风速和风压条件下，降噪板会产生不同角度的偏转，根据力的合成原理，偏转角度可采用下式估算(忽略其他阻力)。
式中，θ为降噪板在横风作用下偏转角度，即偏转后位置与起始垂直位置的夹角，单位：°；v为风速，单位：米/秒；S为单个降噪板的迎风面积；m为降噪板加上配重的质量，单位：千克；g为重力加速度，取9.8N/kg。
同样，根据不同的风速和风压条件下，需要的偏转角度，可以通过选择配重来调整降噪板与配重的整体重量。
在一个优选方案中，每块降噪板加上配重的总质量为2kg；受风面积为0.25m2；当风速从0增至24m/s时，降噪板的产生的偏转角度见下表1。
表1 0～24m/s不同风速下，活动式降噪板的偏转角度
优选地，如图4所示，该组合式通风声屏障受风工作示意图：左为背面受风；右为正面受风。在实现通风的同时，也保证吸隔声效果。
当背面来风时，第二层和第四层的活动式降噪板发生偏转，形成卸载通道“2”和“4”；当正面来风时，第一层和第三层的活动式降噪板发生偏转，形成卸载通道“1”和“3”。
优选地，如图5所示，二类吸隔声单元板2包含了第二保护面板12、第二隔声背板13、吸声柱28。
其中，所述第二保护面板12和第二隔声背板13扣合在一起，并在内部形成第二空腔29。在所述的第二空腔29内等间距设置多组吸声柱28，图中示例性展示了8组。所述吸声柱28包括外壳和多孔填充物，相邻吸声柱28的相对面为对称倾斜面，使得相邻吸声柱28之间的空腔为锥形结构。试验发现，采用这样的方案，吸声效果非常好。
所述吸声柱28与第二保护面板12接触一侧的外壳分布有吸声孔。所述吸声柱28的外壳与第二隔声背板13的接触面设有凸榫，第二隔声背板13的对应位置设置有凹槽，所述凸榫与凹槽配合使得所述吸声柱28可固定到第二隔声背板13上。
在一个方案中，所述多孔填充物优选为玻璃棉、矿棉、岩棉等无机纤维材料。
如图6所示，顶端降噪板3包含第三保护面板15、第三隔声背板16和楔形底座25。
所述第三保护面板15和第三隔声背板16扣合在一起，其内部形成有和第三空腔24。
所述第三保护面板15和第三隔声背板16安装在所述楔形底座25上，所述楔形底座25固定在金属骨架4的顶端。
在一个方案中，所述第三保护面板15表面进行拉毛处理，可使噪声发生漫反射，减弱声波的绕射能量。在一个方案中，楔形底座25进行了加厚处理，以增大其强度。
优选地，如图1、2、7、8所示，一类吸隔声单元板1和二类吸隔声单元板2之间通过连接螺栓27和卡接系统连接。其中，连接螺栓27是主要连接构件，其固定于二类吸隔声单元板2的顶部，一类吸隔声单元板1的底部有螺栓孔；卡接系统连接包括圆形卡槽17和半圆形卡接件18，其是辅助连接构件。其中圆形卡槽17由分别位于一类吸隔声单元板1和二类吸隔声单元板2上的半圆形卡槽组成。半圆形卡接件18可以在圆形卡槽17内转动到卡接位置(如图7)和松开位置(如图8)。
在卡接位置时，半圆形卡接件18至少有一部分位于一类吸隔声单元板1和二类吸隔声单元板2上的半圆形卡槽内。在松开位置时，半圆形卡接件18只位于一类吸隔声单元板1和二类吸隔声单元板2中的一个半圆形卡槽内。
这样，在卡接位置时，可以限制一类吸隔声单元板1和二类吸隔声单元板2的相对转动；在松开位置时，可以实现方便拆卸。
例如：卡接系统设有六组，正面和背面各两组，左右侧面各一组。如图7所示，同时，松开卡接件18，逆时针转动一类吸隔声单元板，即可实现该各声屏障的拆卸(见图8)，有利于更换相应的单元板，降低维护成本。此外，为了保持结构的稳定性，一类吸隔声单元板要比二类吸隔声单元板薄。
在一个方案中，一类吸隔声单元板1的顶部设有楔形凹槽26可与顶端降噪板3底部的楔形底座25铆接，进而形成一块完整的声屏障单元板。
优选地，通过上述两处的连接与铆接，可形成一块完整的声屏障单元板。
优选地，上述各类面板、背板及连接金属片采用铝合金材质，转轴和卡接件为不锈钢制品。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
