郭懷勇

(中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

隨著我國高速鐵路客運專線的快速發(fā)展和環(huán)保要求的提高，聲屏障的使用量逐年增加，高速鐵路列車行駛速度快，對相關設施也提出了更高的要求。聲屏障除了具有隔吸聲功能外，對其安全性能應加以關注，聲屏障的安全使用直接影響客運專線的運行安全。目前，鐵道部在設計方面，從技術先進、安全可靠、簡潔美觀、易于實施和提高結構使用壽命等方面提出了時速250、350 km客運專線路基及橋梁插板式聲屏障吸隔聲和安全性能要求。但是，對于聲屏障抗風壓性能、抗沖擊性、抗疲勞性等涉及安全性能指標，雖然《鐵路聲屏障聲學構件技術要求及測試方法》中已經提出了相應的試驗檢測方法，但是在聲屏障單元和批量檢測中還不具體和規(guī)范，而目前上述指標的檢測方法和儀器基本依照建材檢測方法和儀器，在實際檢測中與鐵路聲屏障有一定差異，需要建立適合于客運專線聲屏障抗風壓系統(tǒng)裝置及試件安裝方法。

1 抗風壓性能測試系統(tǒng)裝置

聲屏障抗風壓性能測試系統(tǒng)裝置包括動力系統(tǒng)、自動壓力控制裝置、靜壓箱、數(shù)據(jù)采集、分級指標計算及軟件、控制柜、壓力和位移傳感器等。

在系統(tǒng)設計中重點考慮如下幾個方面的問題:

(1)被測試件聲屏障單元的自重及尺寸大小、位移傳感器的位移均勻度、聲屏障單元板承受正反方向壓差、高速鐵路聲屏障實際脈動風壓及位移等。

(2)靜壓箱要滿足聲屏障整單元測試的要求。

(3)系統(tǒng)控制軟件既要符合聲屏障構件基本參數(shù)要求，也要滿足測試標準要求。

聲屏障構件抗風壓性能的測試裝置采用自動或手動兩種操作方式。當選擇自動控制方式時，壓力控制、數(shù)據(jù)采集、分級指標計算、生成檢測報告和記錄過程。當選擇手動控制時，檢測人員根據(jù)檢測需要靈活控制。

2 主要技術參數(shù)

聲屏障的荷載主要有自重、列車脈動荷載、風荷載以及地震荷載。其中，列車的脈動荷載影響顯著，列車經過時聲屏障的脈動風荷載會上升。由于聲屏障距離軌道較近(距線路中心線3 423 mm)，會承受很大的列車脈動風荷載?，F(xiàn)場試驗表明，350 km/h高鐵聲屏障所承受的脈動風壓最大值不超過700 N/m2，平均位移在1.27 mm范圍內，動車組以300 km/h和350 km/h速度通過聲屏障時，脈動風壓主頻為3.33～3.85 Hz，隨速度的增加而變高。

《時速350 km客運專線鐵路橋梁插板式金屬聲屏障》通環(huán)(2009)8323聲屏障設計荷載中，荷載組合:恒載 +列車脈動力 +風荷載，實際350 km/h高鐵聲屏障荷載組合要遠小于4 000 Pa。時速250 km、350 km客運專線鐵路橋梁、路基插板式金屬、非金屬聲屏障設計標準和聲屏障聲學構件技術要求規(guī)定的抗風壓性能測試風壓±4 000 Pa，最大彈性撓度金屬聲屏障≤LA/100，非金屬聲屏障≤L/200，殘余變形≤LA/500，能夠確保聲屏障安全使用。檢測設備在考慮一定余量的基礎上，主要技術參數(shù)如下:

風壓控制范圍:±7 000 Pa

風壓測試精度:0.25%

風壓控制精度:≤控制目標壓力的±5%

試驗機占地面積40 m2，工裝高度4 m。

3 測試系統(tǒng)組成及特點

研究改進的聲屏障抗風壓測試系統(tǒng)由動力系統(tǒng)、靜壓箱、測控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集(傳感器)等構成。

3.1 動力系統(tǒng)

供壓裝置采用1臺GTC-1型離心機，此外還包括氣動切換閥和漏氣閥。

離心機:功率18.5 kW，全壓10 000 Pa，轉速2 970 r/min。

氣動切換閥:當系統(tǒng)壓力達到設定值時，通過控制兩個氣動切換閥的開關狀態(tài)，形成所需的壓力脈沖。

漏氣閥:用于穩(wěn)定靜壓箱中的壓力。

3.2 靜壓箱

靜壓箱:3030型:3 606 mm×1 040 mm× 3 550 mm(長 ×寬 ×高)。箱體大小可調方便試件裝卡，同時保證整個箱體及箱體和試件之間連接部分的密封性能。見圖1。

3.3 測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)包括差壓傳感器和測量控制軟件，差壓傳感器用于測量靜壓箱內外壓差，差壓傳感器量程為－12 000 Pa，精度2.5級。數(shù)據(jù)采集卡插在計算機箱內，作用是采集各個傳感器的電壓信號，輸出數(shù)字量信號控制強電繼電器，輸出模擬信號控制調壓四聯(lián)閥的開度。

測量控制軟件通過數(shù)據(jù)采集卡和整個設備進行交互，可以采集處理數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)進行控制，后期進行數(shù)據(jù)處理和檢驗報告、原始記錄的編寫、打印。

圖1 抗風壓靜壓箱

軟件部分主要實現(xiàn)外圍設備的自動控制、檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等功能。軟件界面由菜單欄、工具欄、控制板、檢測窗口、檢測設定窗口、狀態(tài)欄、結果評定窗口等組成，操作簡單、方便，符合常規(guī)。為了滿足聲屏障產品檢測的要求，測量控制軟件增加了軟件高級功能:

(1)傳感器標定

為了使檢測設備始終處于良好狀態(tài)，滿足計量檢定要求，增加了傳感器標定功能?？墒褂昧繅K、標準壓力源或標準風速源在傳感器端施加標準物理量，通過系統(tǒng)控制步驟進行標定，系統(tǒng)自動選擇標定點，直到所有使用量程內達到精度要求。

(2)原始記錄模板制作

軟件提供了一種格式的原始記錄，根據(jù)檢測內容對格式的特殊要求可自行制作。見表1。

(3)窗體布局

此功能可以根據(jù)不同檢測產品的實際需求，設定＜檢測設定＞窗口的布局、文本框或列表框轉換、標題及文本顏色等。見圖2。

(4)手動控制

使用手動控制面板可以控制全部外部設備的動作，使用本窗口可以進行非標試驗，還可以檢測外部設備是否正常。

4 試件的安裝

4.1 傳感器安裝

位移傳感器宜安裝在構件的支撐處和較大位移處，測點布置注意中間位移傳感器應在兩端位移傳感器的中點。見圖3，位移傳感器應裝在單元板垂直方向中間位置。兩端的位移傳感器應靠近支承點L=(1 630±5)mm。

表1 抗風壓性能檢測原始記錄

圖2 測試窗體

圖3 聲屏障測點分布示意圖

4.2 試件的安裝

聲屏障抗風壓測試是以現(xiàn)場一個聲屏障單元進行整體測試，這樣更符合客運專線的實際抗風壓情況。在測試設備上組裝聲屏障單元板，安裝方向和受力狀況和實際相符。但是為了保證更好的氣密性，上下單元板可面板向外安裝，這也符合《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》標準要求。聲屏障單元板的安裝數(shù)量與現(xiàn)場聲屏障單元的數(shù)量相一致，安裝方式也與實際相同。試件安裝完畢，通過頂部和正面固定夾具使聲屏障單元與箱體緊密結合，通過檢查門檢測各部位氣密性，檢測前應將安裝試件進行密封處理，保證氣密性良好，確保箱體壓力達到±4 000 Pa。

5 抗風壓試驗檢測方法

聲屏障抗風壓性能測試，按照 GB/T3122—2010《鐵路聲屏障聲學構件技術要求及測試方法》，主要參照 GB/T15227—2007《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》。但在具體測試中又有一定區(qū)別，主要有:

(1)建筑幕墻為整件測試，聲屏障為單元板組裝測試。

(2)建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能同時測試，聲屏障只測抗風壓性能。

(3)建筑幕墻結構、材質固定，聲屏障結構、材質不固定(金屬、非金屬)。

(4)風壓強度、位移傳感器設置等也有一定的差別。

由于上述差異，聲屏障抗風壓性能測試系統(tǒng)的靜壓箱、系統(tǒng)測試軟件、傳感器設置、試件安裝要根據(jù)實際情況進行設計和調整，滿足聲屏障抗風壓性能檢測需要。

編制完成了《KBX－LH型聲屏障抗風壓機操作規(guī)程》。使聲屏障安全性能試驗檢測更加規(guī)范，滿足試驗檢測的要求。

6 結論

按照研究建立的高速鐵路聲屏障抗風壓性能系統(tǒng)裝置及試件安裝方法，對不同型號、不同批次的金屬、非金屬聲屏障的大量試驗測試，表明測試系統(tǒng)在抗風壓性能測試中適用于時速 250、350 km路基、橋梁插板式聲屏障檢測要求，經試驗驗證聲屏障單元測試結果的準確性達到標準要求。