一种夹层声屏障及其制备安装方法

1.本发明属于声屏障降噪技术领域，具体涉及一种夹层声屏障及其制备安装方法。


背景技术：

2.我国公路建设事业蓬勃发展，汽车保有量持续增加，但是在公路为居民带来便利的同时，也带来了巨大的噪声污染，为公路沿线地区居民的生活带来巨大的困扰，使人们精神无法集中，妨碍休息、睡眠，为了减少噪声污染对居民的影响，设立声屏障是一个简单有效的方法。普通声屏障面板大多只有一层简单的金属板，在降噪方面的性能不够突出，在风荷载的作用下也更容易变形，而采用夹层结构的声屏障由两个面板以及中间的夹芯组成，有着类似工字钢的力学性能，比刚度以及降噪性能都比较优异。然而，夹层板之间是密闭的，两层面板之间间距很小，只有1cm，在这狭小空间焊接夹芯的难度很大，对于工艺的要求很高，且质量不容易控制。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种夹层声屏障及其制备安装方法，该结构具有优良的抵抗平面内风荷载和降噪性能，且对焊接施工的技术要求小，焊接质量可控，易于制备。
4.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种夹层声屏障，包括夹层板，夹层板固定在立柱上；所述夹层板包括上面板、下面板和多个芯子，多个芯子呈阵列排布在上、下面板之间；所述上面板设有多个凸出于外表面并呈阵列排布的凸台，凸台的顶部开设有定位孔；所述的芯子由四根同样长度的棱柱在三维空间中交叉于一处组成，且交叉位置位于每根棱柱的中点，四根棱柱在平面上的投影相互之间夹角为90
°
，每根棱柱与竖直方向的夹角均相等，每根棱柱的两端端面加工有斜切面，斜切面与上面板和下面板平行；所述棱柱的下端面与下面板贴合接触并焊接固定，棱柱的上端面与凸台的定位孔焊接固定。
5.所述的每根棱柱与竖直方向的夹角均相等。
6.在所述下面板上相邻两排以及相邻两列的芯子均为交错排布。
7.所述的凸台为四棱台，所述的定位孔开设于四棱台的顶面中心位置。
8.所述凸台的四条棱边中，棱边的倾斜角度与芯子的棱柱倾斜角度一致。
9.所述下面板的四周向上弯折，形成的折边与上面板的边缘焊接固定，以封闭上下面板之间的空间。
10.所述上面板的四周向下弯折，形成的折边与下面板的边缘焊接固定，以封闭上下面板之间的空间。
11.所述的夹层声屏障还包括盖板，盖板位于上面板的外侧，并与立柱相对设置，由螺栓将盖板、夹层板和立柱连接固定。
12.本发明还提出了一种夹层声屏障的制备安装方法，首先，制备预设数量的芯子、制备上面板、下面板、立柱和盖板，对立柱和盖板钻设螺纹孔；然后，将准备的芯子按照预设位置焊接在下面板上，将上面板放在芯子上，确保芯子的棱柱对准上面板的凸台，从上面板外
侧将芯子的棱柱和凸台的定位孔焊接固定；接着，将下面板边缘弯折后与上面板焊接，或将上面板的边缘弯折后与下面板焊接，并对焊缝和面板表面打磨，制成夹层板；最后，将制备好的夹层板、立柱、盖板运至施工地点，根据实际情况固定立柱；再通过螺栓连接盖板与立柱，将夹层板夹紧在盖板和立柱之间，完成声屏障的安装。
13.所述芯子采用压铸法制备。
14.本发明的有益效果是：本发明提供的一种夹层声屏障及其制备安装方法，在夹层结构的基础上进行了优化，并运用简单的安装方法将其引用到声屏障中，使该声屏障抵抗风荷载以及降噪性能得到了提升。
15.普通金属夹层板需要在两个面板距离仅1cm的空间内对夹芯与面板进行焊接，焊接的难度很大，对施工技术的要求很高且质量不容易控制；而本发明中优化的夹层板，芯子在下面板的焊接完成后，将上面板扣在芯子上，仍可从外侧对上面板与夹芯进行焊接，对焊接施工的技术要求小，焊接质量可控。
附图说明
16.图1为本发明所述声屏障的结构示意图；图2为本发明所述声屏障的俯视图；图3为本发明所述声屏障中夹层板的结构示意图；图4为本发明所述声屏障中芯子在下面板上的阵列分布图；图5为本发明所述声屏障中下面板的结构示意图；图6为本发明所述声屏障中上面板的结构示意图；图7为本发明所述声屏障中芯子的结构示意图；图8为本发明所述声屏障中芯子与上面板装配示意图；图9为本发明所述声屏障中芯子与上面板及下面板的装配顺序图；图10为本发明所述声屏障中立柱与盖板的装配示意图；图11为本发明所述声屏障中夹层板与具有相同面密度单层钢板的降噪效果对比图；图中标记：1、夹层板，2、立柱，3、盖板，4、下面板，5、上面板，6、芯子，7、螺栓。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
18.如图1-10所示的一种夹层声屏障，包括夹层板1、立柱2、盖板3以及螺栓7，立柱选取方钢管，盖板选取方钢条，根据实际工程情况确定立柱与盖板的截面，并对其钻切螺纹孔。立柱2间隔设置，位于夹层板1的背面，所述盖板3位于夹层板1的正面，螺栓7穿过盖板3与立柱2连接，以夹紧夹层板1。为了保证良好的固定效果，盖板3和立柱2上沿长度方向间隔设置多个螺纹孔，以安装螺栓7。
19.所述夹层板1包括上面板5、下面板4以及多个位于上面板5和下面板4之间呈阵列排布的芯子6，夹层板1的四周由下面板4弯折后与上面板5焊接封闭。芯子在下面板上的排布如图4所示，相邻两排以及相邻两列的芯子均为交错排布。
20.如图7所示，所述的芯子6形状为对接金字塔形，由四根棱柱在三维空间中交叉于一处而组成，交叉点位于每根棱柱长度上的中点，四根棱柱在平面上的投影相互之间夹角为90
°
，棱柱与竖直方向的夹角为60
°
，且棱柱在竖直方向的投影是10mm。该芯子6可以通过压铸法制备，芯子6材料为q235钢。芯子6中每根棱柱的两端端面加工有斜切面，斜切面为1
×
1mm
²
的正方形，斜切面与上面板5和下面板4平行，以贴合上面板5或下面板4，增大芯子6与面板的接触面积，增强夹层板1抵抗平面内风荷载的能力。
21.所述上面板5、下面板4、立柱2、盖板3均由金属材料q235钢制成。如图5、6所示，上面板5、下面板4的厚度为1mm，并在上面板5的外表面设置凸台阵列，凸台501凸出于上面板5的外表面。如图8、9所示，凸台501的顶端通过切割开设有定位孔502，上面板5放置在阵列排布于下面板4的芯子6上之后，芯子6向上伸出的棱柱端和所述凸台501一一对应，且棱柱端焊接固定于所述定位孔502处。上面板5可根据芯子6的排布确定位置，对钢板进行钣金冲压、切割来制备，每个凸台501与同排及同列中相邻凸台501的距离均相等，呈规律分布。
22.所述的凸台501为四棱台，所述的定位孔502开设于四棱台的顶面中心位置。凸台501的设计增大了声屏障的表面面积，可以更好的反射噪音。凸台501顶部的定位孔502设计又便于直接在夹层板1外侧焊接芯子6，降低了夹层板1的焊接难度。
23.优选的，如图8所示，所述凸台501的四条棱边中，棱边的倾斜角度与芯子6的棱柱倾斜角度一致，这样芯子6与凸台501的配合就没有方向性，有利于夹层板快速的装配。
24.下面结合图8、9所示，以一个芯子6、上面板5上的四个凸台以及下面板4作为夹层板单胞为例，说明芯子6与上面板5及下面板4的装配过程以及整个夹层板1的制备过程。先将芯子6焊接在下面板4上，然后将上面板5放在芯子6上，芯子6的四根棱柱的上端位于上面板5的四个凸台501中，再从上面板5外侧将芯子6的棱柱和凸台501的定位孔502焊接固定；上面板5的所有凸台501与芯子6焊接完成后，将下面板4的四周向上弯折，折边与上面板5的边缘接触并焊接，最后对焊缝处以及面板打磨，完成夹层板1的制备。
25.在实际制作中，也可以将上面板5的四周向下弯折后与下面板4的边缘焊接，从而形成四周封闭的夹层板1。
26.本发明所述的夹层声屏障结构的制备安装方法包括如下步骤：（1）制备预设数量的芯子6，制备上面板5和下面板4，制备立柱2、盖板3，对立柱2和盖板3钻孔；（2）利用自动焊接设备或者人工焊接，将呈阵列式排布的预设数量的芯子6按照预定位置焊接在下面板4上，将上面板5放置在芯子6上，从上面板6外侧进行自动焊接或者人工焊接将凸台501的定位孔502与芯子6焊接固定；然后，将下面板4四周向上面板5弯折90
°
，弯折后的折边与上面板5的边缘焊接固定，并对焊缝以及夹层板1的表面打磨，至此完成夹层板1的制备；（3）将制备好的夹层板1、立柱2、盖板3运至施工地点，根据实际情况固定立柱2，立柱2的位置是两块夹层板1相接的位置；再通过螺栓7穿过两块夹层板1的接缝连接盖板3与立柱2，将夹层板1夹紧在盖板3和立柱2之间，完成声屏障的安装。
27.在固定立柱2时，根据实际工程情况固定，可以预设埋板进行焊接，如有围墙可设置为骑墙式等。立柱2由于采用的方钢管，上端开口，实际应用中可在立柱2上放置塑料扣盖以防止雨水进入钢管。
28.上述制备方法中，制备上下面板的具体步骤包括：按照预设尺寸分别剪切上面板5和下面板4；对上面板5进行冲压，使得出现凸台501，将凸台501进行切割得到凸台501顶部的定位孔502，定位孔502的尺寸形状与芯子6的棱柱上端面吻合，最后对面板进行表面氧化处理。
29.高速公路、城市快速路和城市主干道等的噪声频率以 1000 hz 以下中低频率为主，如图11所示，利用本发明所述声屏障的夹层板与具有相同面密度的单层钢板的降噪效果对比，可以看出在相同面密度下，本发明所述声屏障的夹层板降噪性能更为优异。
30.本发明所述夹层声屏障在现有的声屏障基础上引用了夹层结构，提高了声屏障面板的平面内抗弯性能，可以更好的抵御风荷载；由于采用了夹层结构，声屏障的降噪性能也有了很大的提升；上面板上有凸台，增大了声屏障的表面面积，可以更好的反射噪音；夹层结构的制备需要在高度一厘米内的平板中间进行焊接，对于制备工艺的要求极高，本发明改进的夹层结构可直接从外部对面板与芯子进行焊接，极大地降低了制备的难度。
31.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种夹层声屏障，包括夹层板，夹层板固定在立柱上；其特征在于：所述夹层板包括上面板、下面板和多个芯子，多个芯子呈阵列排布在上、下面板之间；所述上面板设有多个凸出于外表面并呈阵列排布的凸台，凸台的顶部开设有定位孔；所述的芯子由四根同样长度的棱柱在三维空间中交叉于一处组成，且交叉位置位于每根棱柱的中点，四根棱柱在平面上的投影相互之间夹角为90
°
，每根棱柱与竖直方向的夹角均相等，每根棱柱的两端端面加工有斜切面，斜切面与上面板和下面板平行；所述棱柱的下端面与下面板贴合接触并焊接固定，棱柱的上端面与凸台的定位孔焊接固定。2.根据权利要求1所述的一种夹层声屏障，其特征在于：所述的每根棱柱与竖直方向的夹角均相等。3.根据权利要求1所述的一种夹层声屏障，其特征在于：在所述下面板上相邻两排以及相邻两列的芯子均为交错排布。4.根据权利要求1所述的一种夹层声屏障，其特征在于：所述的凸台为四棱台，所述的定位孔开设于四棱台的顶面中心位置。5.根据权利要求4所述的一种夹层声屏障，其特征在于：所述凸台的四条棱边中，棱边的倾斜角度与芯子的棱柱倾斜角度一致。6.根据权利要求1所述的一种夹层声屏障，其特征在于：所述下面板的四周向上弯折，形成的折边与上面板的边缘焊接固定，以封闭上下面板之间的空间。7.根据权利要求1所述的一种夹层声屏障，其特征在于：所述上面板的四周向下弯折，形成的折边与下面板的边缘焊接固定，以封闭上下面板之间的空间。8.根据权利要求1所述的一种夹层声屏障，其特征在于：还包括盖板，盖板位于上面板的外侧，并与立柱相对设置，由螺栓将盖板、夹层板和立柱连接固定。9.一种夹层声屏障的制备安装方法，所述的夹层声屏障为权利要求1-8任一项所述的声屏障；其特征在于：首先，制备预设数量的芯子、制备上面板、下面板、立柱和盖板，对立柱和盖板钻设螺纹孔；然后，将准备的芯子按照预设位置焊接在下面板上，将上面板放在芯子上，确保芯子的棱柱对准上面板的凸台，从上面板外侧将芯子的棱柱和凸台的定位孔焊接固定；接着，将下面板边缘弯折后与上面板焊接，或将上面板的边缘弯折后与下面板焊接，并对焊缝和面板表面打磨，制成夹层板；最后，将制备好的夹层板、立柱、盖板运至施工地点，根据实际情况固定立柱；再通过螺栓连接盖板与立柱，将夹层板夹紧在盖板和立柱之间，完成声屏障的安装。10.根据权利要求9所述的一种夹层声屏障的制备安装方法，其特征在于：所述芯子采用压铸法制备。

技术总结
一种夹层声屏障及其制备安装方法，夹层声屏障包括夹层板和立柱，夹层板包括上面板、下面板和多个芯子，多个芯子呈阵列排布在上、下面板之间；上面板设有多个凸出于外表面并呈阵列排布的凸台，凸台的顶部开设定位孔；芯子由四根同样长度的棱柱在三维空间中交叉于一处组成，且交叉位置位于每根棱柱的中点，四根棱柱在平面上的投影相互之间夹角为90


技术研发人员：王文胜 刘冰鑫 胡涵博 宁惠君 陈鑫 刁东明
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/5