專利名稱：一種操作簡單、功能全面的聲屏障結構設計方法
技術領域：
本發(fā)明屬于道路交通噪聲治理技術，特別是一種操作簡單、功能全面的聲屏障結構設計方法，適用于城市主干道的大型聲屏障設計，屬環(huán)保工程領域。
背景技術：
聲屏障已常用于城市、公路的交通噪聲治理工程中，但對交通繁忙、路幅極寬、地下管線復雜、噪聲污染嚴重的城市主干道，能否采用聲屏障措施和采用什么樣的聲屏障才能有效治理交通噪聲，是對目前我國大型聲屏障設計與實踐的挑戰(zhàn)。
目前大多數城市聲屏障是在建成后的路段施工，路邊已埋設復雜的管線，需要避讓，但又要求聲屏障有順暢的曲線，這是一對矛盾。
另外，對于沿海城市而言要安全建成上述大型聲屏障，且能防御50年一遇的大風必須有牢固的基礎結構，但同時又要求基礎結構經濟上便宜，這又是一對矛盾。
因此，如何解決城市干道大型聲屏障的設計，使之既達到降低噪聲敏感點6 9dB降噪指標，同時避免對施工路基下的已有管線損壞，并且具有較強抗風能力和合理造價，已經成為城市主干道降噪設計施工中的一大課題。
隨著計算機技術的發(fā)展和應用，越來越多的設計領域采用計算機來完成。現(xiàn)有的設計軟件可以針對聲屏障結構的某個節(jié)點進行單獨設計，但缺乏針對聲屏障結構設計方法的整合。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在提供一種操作簡單、功能全面的聲屏障結構設計方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的-
這種聲屏障設計方法，它通過計算機處理得到聲屏障的結構形式的相關 數據并對數據進行保存和輸出，其特征在于包括以下步驟
1) 通過數據輸入裝置向處于開始狀態(tài)的計算機輸入聲屏障使用地的風 載資料，得到聲屏障各結構部件的設計強度數據；其中也包括聲屏障砼基礎， 鋼結構部件。
2) 將得到的聲屏障各結構部件的設計強度數據與規(guī)范的數據允許值進 行比較，滿足規(guī)范的要求，從而確定聲屏障各部件的結構型式。
3) 將得到的聲屏障整體結構數據進行保存并通過輸出裝置輸出，設計 出合格的聲屏障結構。
二種聲屏障基礎型式
在城市主干道設置聲屏障， 一般屏體較高，且地下管線較多，設置樁基 礎造價相對便宜、能避開底下管線、對路基和環(huán)境影響小，同時能有效地抵 抗風荷載。
1) 橋梁段預埋件及騎馬件對穿螺栓考慮到橋梁結構已竣工，為保證聲 屏障同橋梁防撞墩的可靠連結，須在予埋件和防撞墩之間應采用高標號水 泥漿填實，騎馬件對穿螺栓應采用化學植筋法施工，清孔完成注膠后旋入 螺桿直至粘合劑充分固化。本發(fā)明針對聲屏障設計中的具體問題，用操作簡單、界面友好的設計模 快輔助設計者輸入必要的參數，完成聲屏障的結構設計、計算工作與現(xiàn)有技 術相比，本發(fā)明操作簡單，功能全面。


附圖1為本發(fā)明方法設計的城市主干道聲屏障結構示意圖； 附圖2橋梁段屏障聯(lián)結機構結構示意圖。
圖中1-防撞墩2-騎馬件3-B級螺栓4-充填水泥漿5-企口墊片 6-對穿螺栓7-聲屏障8-承臺 9-騎馬樁
具體實施例方式
這種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法，它通過計算機處理得到聲 屏障的結構形式的相關數據并對數據進行保存和輸出，其特征在于包括以 下步驟
1) 通過數據輸入裝置向處于開始狀態(tài)的計算機輸入聲屏障使用地的風 載資料計算設計風載荷，得到聲屏障各結構部件的設計強度數據；其中也包
括組成聲屏障砼基礎的，鋼結構部件；
2) 將得到的聲屏障各結構部件的強度數據與規(guī)范的數據允許值進行比 較，滿足規(guī)范的要求，確定聲屏障各部件的結構型式；
3) 將得到的聲屏障整體結構數據進行保存并通過輸出裝置輸出，設計 出合格的聲屏障結構。
聲屏障設計過程中需要充分考慮聲屏障的抗風性與結構安全性，因此設 計過程中需進行抗風及力學的校核。
設計計算的規(guī)范采用中華人民共和國建設部頒發(fā)的《鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》，《建筑地基基礎設計規(guī)范》。
設計風荷載的確定是根據《建筑結構荷載規(guī)范(2006年版)》，垂直建筑 物表面風荷載標準值Wk計算公式
*=&/^/^0 (7.1.1-2)
式中&——風荷載標準值(iW//w2); &_—高度z處的陣風系數； A_—風荷載體形系數； A—一風壓高度變化系數；
0_ — 50年重現(xiàn)期下的基本風壓(欣/附2)。 需要輸入的參數見下表
參數描述單位
風荷載標準值,附2
屏體長度
混凝土立柱高度附
i/2鋼立柱高度附
; 基礎埋置深度附
鋼材的彈性模量
/at地基承載力特征值
模塊一風載強度計算 計算公式-
(1) Mt = x(—+
2
式中Mt — 一計算截面處的彎距標準值(欣.附);A—一風荷載標準值(欣/附2); Zx —一屏體長度(w);
7/ — —室外地坪以上計算截面處的高度(w);
&一一基礎埋置深度(附)。 (2) ^ ,x^x//
式中K一一計算截面處的剪力標準值(欣)；
%——風荷載標準值(W/w2);
"一一屏體長度(附)；
// 一 一室外地坪以上計算截面處的高度(W)。 模塊二基礎計算
子?？靗:樁基礎設計 計算公式-(1)單樁承載力計算
" L乂
式中& 一 一相應于荷載效應標準組合偏心豎向力作用下第i根樁的豎 向力(欣)；
&一 —相應于荷載效應標準組合時，作用于樁基承臺頂面的豎向
力(iW);
& —_樁基承臺自重及承臺上土自重標準值(W); "一一樁基中的樁數；
M^、 M# — —相應于荷載效應標準組合作用于承臺底面通過樁群 形心的X、 y軸的力距(抓.附)；—乂-一一樁I至樁群形心的y、 x軸線的距離(m); i 。一一單樁豎向承載力特征值(A3V)。
(2) 彎距計算
<formula>formula see original document page 10</formula>
式中M,、 My — 一分別為垂直y軸和x軸方向計算截面處的彎距設計值 ^、 x — 一垂直y軸和x軸方向自樁軸線到相應計算截面的距離
(附)。
(3) 沖切計算
<formula>formula see original document page 10</formula>
式中—一扣除承臺和其上填土自重后的角樁樁頂相應于荷載效應
基本組合時的豎向力設計值(W);
A、々ly — 一角樁沖切系數；
4、、一一角樁沖跨比；
ct、 c2 — 一從角樁內邊緣至承臺外邊緣的距離O);
、 一一從承臺底角樁內邊緣引45°沖切線與承臺頂面或承臺
變階處相交點至角樁內邊緣的水平距離);
&一_承臺外邊緣的有效高度("O。
(4)剪切計算
式中7_—扣除承臺和其上填土自重后相應于荷載效應基本組合時斜截面的最大剪力設計值UAO;
6。 一 一承臺計算截面處的計算寬度("0 ; A。 一 —計算寬度處的承臺有效高度—)； 々——剪切系數；
— 一受剪切承載力截面高度影響系數； 義一一計算截面的剪跨比。 子模快2:天然基礎設計 計算公式-
(5) 地基承載力計算<formula>formula see original document page 11</formula>式中Mt — 一相應于荷載效應標準組合時，作用于基礎底面的力距值
『_一基礎底面的抵抗矩；
— 一相應于荷載效應標準組合時，基礎底面邊緣的最大壓力
A皿 一 一相應于荷載效應標準組合時，基礎底面邊緣的最小壓力 /。 一一修正后的地基承載力特征值(^P")。
(6) 彎距計算-
<formula>formula see original document page 11</formula>M" )2(2"6 l/鵬"min -"J
式中A/P M —一任意截面I - I 、 II-II處相應于荷載效應基本組合時
的彎距設計值(欣.附)；
"t 一—任意截面I _ I至基底邊緣最大反力處的距離(附)； /、 6 — _基礎底面的邊長("O;
Pmax、 一一相應于荷載效應基本組合時的基礎底面邊緣的最大
和最小地基反力設計值(XFa );
P — 一相應于荷載效應基本組合時任意截面I - I處基礎底面地 基反力設計值(^P");
G — 一考慮荷載分項系數的基礎自重及其上的土自重(欣)。 (7)沖切計算
式中P￥ — 一受沖切承載力截面高度影響系數；
乂一_混凝土軸心抗拉強度設計值(iV/mm2);
一 一基礎沖切破壞錐體的有效高度("O ，
"m _—沖切破壞錐體最不利一側計算長度(w);
。,_ _沖切破壞錐體最不利一側斜截面的上邊長(w);
A — _沖切破壞錐體最不利一側斜截面在基礎底面積范圍內的下
邊長("O;
i^一一扣除基礎自重及其上土自重后相應于荷載效應基本組合 時的地基土單位面積凈反力(^");
4一一沖切驗算時取用的部分基底面積中的陰影面積(m2);巧— 一 相應于荷載效應基本組合時作用在&上的地基土凈反力設
模塊三鋼結構計算 子模快l:鋼柱設計 計算公式-
(8) 強度計算
A ± ^ W — W —
式中M,、 My — 一同一截面處繞x軸和y軸的彎距(欣'附)； 『 、『，一一對x軸和y軸的凈截面模量(w3); h、 ^ 一一截面塑性發(fā)展系數； / 一一鋼材的抗彎強度設計值(^^w2)。
式中K ——計算截面處的剪力(iOV);
S— —計算剪應力處以上毛截面對中和軸的面積距(附W);
/—一毛截面慣性距(附附4);
L一一腹板厚度(，)；
/v _ _鋼材的抗剪強度設計值(W/ " 2)。
(9) 撓度計算
鵬 i —100
式中/皿一 一鋼柱頂點的水平位移(■);
&一_均布荷載(風荷載)標準值(，/m);￡一一鋼材的彈性模量(iV/m^);
/ — 一毛截面慣性距(w/w4)。 子?？?:螺栓設計 計算公式 (10)強度計算
,《
式中 M—一彎距設計值(欣.附)；
X — 一任一個螺栓到螺栓群形心的豎向距離(附m ); <一_單個螺栓的抗拉承載力設計值(i^V)。
、
式中F——剪力設計值(欣)； "_一螺栓總數；
《 一 一 單個螺栓的抗剪承載力設計值(，)。 利用本發(fā)明所述的聲屏障設計方法，調用所編寫的軟件，通過輸入聲屏 障結構特性與地面風壓等基礎資料，計算聲屏障各結構部件并最終輸出符合 安全技術要求的結構型式。
1權利要求
1、一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法，它通過計算機處理得到聲屏障的結構形式的相關數據并對數據進行保存和輸出，其特征在于包括以下步驟1)通過數據輸入裝置向處于開始狀態(tài)的計算機輸入聲屏障使用地的風載資料計算設計風載荷，得到聲屏障各結構部件、聲屏障砼基礎結構和鋼結構部件的強度數據；2)將得到的聲屏障各結構部件的強度數據與規(guī)范的數據允許值進行比較，在滿足規(guī)范的要求的前提下，確定聲屏障各部件的結構型式；3)將得到的聲屏障整體結構數據進行保存并通過輸出裝置輸出，設計出合格的聲屏障結構。
2、 如權利要1所述的一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法，其 特征在于所述的聲屏障設計包括路側聲屏障設計、路中聲屏障設計和橋梁 段聲屏障設計。
3、 如權利要1所述的一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法，其 特征在于所述橋梁段聲屏障的預埋件采用對穿螺栓的方法在已竣工橋梁結 構上進行固定，為保證預埋件同橋梁防撞墩的可靠連結，須在預埋件和防撞 墩之間應采用高標號水泥漿填實，騎馬件對穿螺栓則采用化學植筋法施工， 清孔完成注膠后旋入螺桿直至粘合劑充分固化。
4、 如權利要求1所述的一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法， 其特征在于所述的設計風荷載強度按照計算公式(1 )
5、如權利要求1所述的一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法，其特征在于所述的聲屏障樁基礎設計包括單樁承載力計算、彎距計算、沖切計算和剪切計算；其中的單樁承載力計算按公式(1 ) &=^±^±^4±^4^1.2&進行；彎距計算按公式(2) M,=Zi\^,、" 么乂=Z^,x,進行；沖切計算按公式<formula>formula see original document page 3</formula>y^/A進行；剪切計算按公式(3 ) (4)r^^傻6(A進行。
6、如權利要求1所述的一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法， 其特征在于所述的聲屏障天然基礎設計包括地基承載力計算、彎距計算、沖切計算；其中的地基承載力計算按公式(1) /^ =^±^ + ^^.2/;、^n一^^-^^0進行；彎距計算按公式(2 )<formula>formula see original document page 3</formula>Mn =±(/_a )2(26"〖& "她-弓)進行；沖切計算按公式(3 ) 48 、 , 、\ 爿J尸,《0.7凡 0進行。
7、如權利要求1所述的一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法，其特征在于所述的鋼結構設計包括構成鋼柱的強度計算和撓度計算；其中鋼柱強度計算按公式(1) ~^±|^/、 ，s人進行；撓度計算按公式6『w Aw
8、如權利要求1所述的一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法， 其特征在于所述的鋼結構中的螺栓設計，強度計算按公式(1)S《進行。 <formula>formula see original document page 4</formula>
全文摘要
一種操作簡單、功能全面的聲屏障設計方法，它通過計算機處理得到聲屏障的結構形式的相關數據并對數據進行保存和輸出，其特征在于包括以下步驟1)通過數據輸入裝置向處于開始狀態(tài)的計算機輸入聲屏障使用地的風載資料計算設計風載荷，得到聲屏障各結構部件、聲屏障砼基礎結構和鋼結構部件的強度數據；2)將得到的聲屏障各結構部件的強度數據與規(guī)范的數據允許值進行比較，在滿足規(guī)范的要求的前提下，確定聲屏障各部件的結構型式；3)將得到的聲屏障整體結構數據進行保存并通過輸出裝置輸出，設計出合格的聲屏障結構。
文檔編號G06F17/50GK101582093SQ200810037529
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權日2008年5月16日
發(fā)明者劉俊宇, 李曉東, 毛海亮, 汪祥玉, 王忠明, 輝 龔 申請人:上海船舶運輸科學研究所