阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障技术领域
本发明涉及一种阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障，属于环境保护领域中的
振动和噪声治理领域。
背景技术
自京津高速城际线开始，中国高速客运专线进入了快速建设期，为解决高铁运
行产生的噪声污染，大量应用了声屏障系统，尤其在京沪高铁上一次性建设量巨大。
高铁声屏障有其特殊的结构要求：高速列车运行速度高，列车通过时，由于车
体与声屏障之间的空间距离小，其间的空气被急剧压缩而没有充足的压力释放时
间，构成了局部的高压气流，施加在声屏障上，即脉动压力，声屏障需要足够的结
构刚度来抵抗脉动荷载。
我国目前的高铁声屏障引进了德国的技术体系，由于该技术当时在德国并没有
实际应用，引进后又没有对各子系统的技术细节进行全面的分析理解，在实际的工
程应用中引发了诸多问题，有些直接影响到铁路的安全运行；但其设计机理是明确
的，即提高结构刚度，适应高荷载和单元板的固有频率，避免共振的发生。
发明内容
随着高铁的实际运行数据采集，发明人对脉动力的特性有了更全面的了解；目
前高速铁路的声屏障设计方法并不科学，系统安全性无法保障，通过提高设计冗余
量来提高安全性既不科学也不经济；同时，现行高铁声屏障的降噪性能也待进一步
优化提升。为此，本发明提供了一种全新的设计方法。
从德国引进的技术实际上采用提高结构刚度的方法解决抗荷载能力、降低材料
内部应力及应力幅进而提高抗疲劳寿命，没有从本质上对脉动荷载进行削减；本发
明提出另一种有效削弱脉动荷载传递的设计方法，降低了脉动力传递到声屏障壳体
和钢立柱的荷载。
本发明的阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障，其原理特征是利用阻尼材料耗
散能量，结构特征是采用超大开孔率的格栅型面板、铝合金型材和背板构成插板式
声屏障单元板。
一种阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障，主要包括格栅型面板、阻尼结构层、
吸声材料层、背板和支撑框架等组成的声屏障单元板，从正面到背面依次为格栅型
面板、阻尼结构层、吸声材料层和背板，插装在支撑框架的槽位内。
所述的格栅型面板为超大开孔率的格栅型面板，开孔率为85％～95％(常规开孔
率为20％～30％)，所述格栅型面板的材料是但不限于金属焊接型格栅网、金属或非
金属冲孔网等。
本发明采用阻尼材料作为能量耗散部件，所述的阻尼结构层使用但不限于耐候
性优良的三元乙丙发泡橡胶和三聚氰胺发泡板层叠粘接复合构成，其中三元乙丙发
泡橡胶为耐候性面层，三聚氰胺发泡板为阻尼功能材料。
所述的吸声材料层使用但不限于岩棉作为吸声材料，还可采用玻璃棉、高分子
发泡材料或其他吸声材料。
所述的背板采用金属或非金属板材，例如铝合金板材、水泥板等，作为结构背
板。
所述的支撑框架主要由主梁、龙骨和封头组成，上、下主梁型材和两侧的龙骨
(含中部和端头)型材组成封闭式结构，在端部四角安装封头型材，并插入密闭胶
管。
上述支撑框架配套材料为密闭胶管和板间胶管和解耦器。
密闭胶管用于系统安装中实现单元板主体与钢立柱之间的弹性支撑；
板间胶管用于单元板叠层使用时相互间的弹性隔离；
解耦器也是橡胶制品，用于系统安装中隔离振动向单元板的传递，插入下主梁
预制的承插槽中；
以上部件均采用承插头设计，可插入对应部位的承插槽中。
所述的主梁、龙骨和封头使用但不限于铝合金型材、钢材，作为受力主结构。
使用时，先将一根主梁型材和龙骨(含中部和端头)型材组合成一开口型框架；依
次按面板+阻尼垫+吸声棉+背板顺序，将零部件插入框架槽位的对应位置；然后将
另一根主梁安装到框架开口侧，构成封闭式结构。
一种阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障组合装置，由两个以上的阻尼式高抗
荷高吸声铁路金属声屏障单元板组成，处于中间和底部的单元板的上部插入板间胶
管，处于底部的单元板的下部插入解耦器组件；单元板采用堆叠的方法组合，上下
板之间利用板间胶管隔离，防止相互擦碰和振动的传递。
列车车头通过时，脉动荷载峰值施加到处于浮动状态的面板上，面板后面的阻
尼垫将出现弹性变形，缓冲了脉动能量；车头通过后，在阻尼垫的弹性作用下，面
板复位；峰值能量由阻尼垫吸收，传递给吸声棉、壳体和钢立柱的能量极大削弱。
车尾通过时，将出现负向脉动荷载，由于板体内部处于正压状态，吸声棉将首
先出现向面板方向的串动，通过压缩阻尼垫层实现能量的消减，因而，壳体承受的
负向荷载降低；车辆通过后，吸声棉弹性回复。
上面描述中的变形和串动只是一种内在趋势，并不会产生视觉上的形变。
图1-1和图1-2可以表征阻尼产生的功效和能量传递对比；附图仅示意，图中
数据不代表具体的运行参数，在不同运行速度下会有差异。
本发明为提高声屏障的吸声效能，使用超大开孔率的格栅型面板，这样噪声能
量将直接投射到吸声功能层，提高吸声系数和降噪系数；同时，为避免面板承载的
能量直接传递到主结构型材梁体，设计让其处于悬浮状态，这样荷载将被传递到阻
尼结构层，形成荷载能量→面板→阻尼结构层→吸声材料→背板→结构梁→钢立柱
→基础结构的传递过程；负压状态下：荷载能量→背板→吸声材料→阻尼结构层→
面板→结构梁→钢立柱→基础结构。
上面描述中的吸声功能层为：阻尼结构层+吸声材料。
如上所述，本发明利用阻尼材料实现能量在传递过程中的有效衰减，降低了对
结构的要求，进而提高了系统的安全性和寿命；充分提高有效吸声面积，从而提高
了降噪效能。
本发明的阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障，利用阻尼材料的能量耗散特
性，释放和削弱高速列车通过时由于空气被急剧压缩而产生的脉动荷载；阻尼材料
一方面在形变过程中吸收消耗脉动机械能，同时材料形变过程为脉动气压的释放提
供了更长的时间，从而传递到声屏障主结构的能量快速降低；这种设计方法使声屏
障结构承受的冲击负荷减载且平缓，极大地提高结构抗疲劳寿命，特别适应高速铁
路的运行特性，完全改变了现行高铁声屏障系统利用提高结构刚度来抵抗脉动荷载
的被动处理方式；本发明采用的阻尼材料本身就是优良的吸声降噪材料，配合超大
开孔率的格栅型面板和高吸声系数的吸声材料，提升了声屏障的插入损耗，降噪能
力更强。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明
保护范围的限制。
附图说明
图1-1和图1-2是能量特征波形对比图，图1-1：无阻尼结构；图1-2：有阻尼
结构；
图2是本发明主结构视图；
图3是本发明结构剖面图；
图4是本发明板间结构图。
主要附图标记说明：
1格栅面板2阻尼结构层
3吸声材料层4背板
5上主梁6下主梁
7板间胶管8解耦器
具体实施方式
如图2-3所示，本发明的阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障，其单元板主要
包括格栅面板1、阻尼结构层2、吸声材料层3和背板4和支撑框架等，从正面到
背面依次为格栅面板1、阻尼结构层2、吸声材料层3和背板4，它们均插入、安装
在支撑框架的相应槽位。
格栅面板1为超大开孔率的格栅型面板，开孔率为85％-95％，面板的材料是冷
拔钢丝焊接型格栅网，也可以为金属或非金属冲孔网等。
阻尼结构层2为耐候性优良的三元乙丙发泡橡胶和三聚氰胺发泡板层叠粘接复
合构成，其中三元乙丙发泡橡胶为耐候性面层，三聚氰胺发泡板为阻尼功能材料。
吸声材料层3由岩棉作为吸声材料，也可采用玻璃棉、高分子发泡材料或其他
吸声材料，厚度为80-100mm。
背板4采用铝合金板材作为结构背板，1.5mm，也可使用12mm厚及以上压力
水泥板。
支撑框架主要由主梁、龙骨、封头组成，上主梁5、下主梁6型材和两侧的龙
骨(含中部和端头)型材组成封闭式结构，在端部四角安装封头型材，并插入密闭
胶管。主梁、龙骨和封头采用铝合金型材作为受力主结构。
支撑框架的底部还安装解耦器8，将解耦器8插入下主梁预制的承插槽中即可。
按发明设计图制造相关零部件，按下列顺序组装：
1)将一根主梁型材+龙骨(含中部和端头)型材组合成一开口型框架；
2)依次按面板+阻尼垫+吸声棉+背板顺序，将零部件插入框架槽位的对应位置；
3)将另一根主梁安装到框架开口侧，构成封闭式结构；
4)在端部四角安装上封头型材，并插入密闭胶管。
如图4所示，由两个以上的阻尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障单元板组成阻
尼式高抗荷高吸声铁路金属声屏障组合装置。
在声屏障应用组合中：
1)处于底部的单元板，上部插入板间胶管7，下部插入解耦器8组件；
2)处于中部的单元板，上部插入板间胶管7；
3)处于顶部的单元板，不需安装板间胶管7。
单元板采用上下堆叠的方法组合，上下板之间利用板间胶管隔离，防止相互擦
碰和振动的传递。
本发明可对脉动荷载峰值进行有效消减，其效果见附图1-1和附图1-2；由于高
开孔率提供了更大的有效吸声面积，吸声材料的功能得到最大的发挥，可获得
1～2dB(A)的额外插入损耗。