一种复合结构的承插式挡风装置,属于铁路运输安全防护领域,特别适用于风区中行驶的高速列车的安全防护。解决了现有挡风装置耗能作用小、强度和刚度小、安装及养护维修不方便、抗震性及耐疲劳性差、适应温度变化差的问题。构成复合结构的承插式挡风装置的部件之间的连接:左侧钢立柱(1)、右侧钢立柱(2)均由H型钢、立柱底板和加强筋板焊接成;将四号框架挡风单元(6)嵌入已固定的左侧钢立柱(1)、右侧钢立柱(2)的H型钢的凹槽中;再依次将三号框架挡风单元(5)、二号框架挡风单元(4)、一号框架挡风单元(3)嵌入已固定的左侧钢立柱(1)、右侧钢立柱(2)的H型钢的凹槽中,一号至四号框架挡风单元之间为企口连接。
1.一种复合结构的承插式挡风装置,其特征在于该挡风装置包括:左侧钢立柱(1)、右侧钢立柱(2)、一号框架挡风单元(3)、二号框架挡风单元(4)、三号框架挡风单元(5)、四号框架挡风单元(6);所述部件之间的连接:左侧钢立柱(1)、右侧钢立柱(2)均由H型钢、立柱底板和加强筋板焊接成;将四号框架挡风单元(6)嵌入已固定的左侧钢立柱(1)、右侧钢立柱(2)的H型钢的凹槽中;再依次将三号框架挡风单元(5)、二号框架挡风单元(4)、一号框架挡风单元(3)嵌入已固定的左侧钢立柱(1)、右侧钢立柱(2)的H型钢的凹槽中,一号至四号框架挡风单元之间为企口连接;其中,所述的一号框架挡风单元(3)包括一号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在一号框架单元的左右两侧;所述的一号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的底板中心处设一凸起;所述的二号框架挡风单元(4)包括二号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在二号框架单元的左右两侧;所述的二号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的底板中心处设一凸起,所述的顶板中心处设一凹槽;所述的三号框架挡风单元(5)和二号框架挡风单元(4)完全相同;所述的四号框架挡风单元(6)包括四号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;在四号框架单元的左右两侧固定左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;所述的四号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的顶板中心处设一凹槽;所述一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔为圆孔、方形孔、椭圆孔或矩形孔,孔的分布规律是:一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔的当量直径d小于孔间距l,同时也小于波纹板的波峰和波谷的特征尺寸,孔径不小于10mm,孔间距l满足关系式l≥2d;波峰和波谷上的孔错开布置,错开的距离是孔间距l的1/2,波峰和波谷上孔的数量相差1个;一号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上,任一行的孔的个数为n,两端孔的中心距一号框架挡风单元边缘的距离为a,则任一行的孔的个数n与孔间距l及一号框架挡风单元长度L之间的关系为L=l(n-1)+2a,二号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上任一行的孔的个数与一号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上孔的计算公式相同;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波峰上的孔数为偶数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波峰上的孔数为奇数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波峰上的孔数为奇数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波峰上的孔数为偶数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波谷上的孔数为偶数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波谷上的孔数为奇数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波谷上的孔数为奇数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波谷上的孔数为偶数;一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上孔的当量直径相同或不同。
2.根据权利要求1所述的复合结构的承插式挡风装置,其特征在于,所述的在一号至四号框架单元的左右两侧固定的左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块的结构完全相同,其横截面为U型结构,开口处的纵截面与波纹板相适应。技术领域
本发明涉及一种挡风装置,属于铁路运输安全防护领域,特别适用于风区中行驶的高速列车的安全防护。技术背景横风对高速列车的气动性能和安全运行会产生显著影响,在高速铁路沿线的强风地段安装挡风装置是防止横风危害的行之有效的工程措施。目前对于普通列车行驶线路的非结构式挡风装置的研究较多,对钢结构挡风装置的研究和应用则较少。已有的中国专利201010517153.5公开的一种高速铁路挡风墙采用单层平面钢板,其结构的刚度及稳定性较差。已有的用于中国南疆铁路上的钢结构挡风装置采用螺栓连接立柱和单层弧形波纹板,不仅存在螺栓易松动的安全隐患,且现场安装及后期维修养护工作量大。因此,它们不适用于频繁产生强烈空气动力学效应的高速铁路线路。现有的挡风装置均为利用单层挡风板直接迎风受力来消耗横风的能量,而对如何更加安全有效地消耗横风能量的研究还未见报导。另外,高速列车形成的列车风对挡风装置的气动作用更加强烈,要求挡风装置自身具备更高的的动力学性能,现有的钢结构挡风装置难以适应这一要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:现有的挡风装置的耗能作用小、强度和刚度小、安装及养护维修不方便、抗震性及耐疲劳性差、适应温度变化差。本发明的技术方案是:一种复合结构的承插式挡风装置,左侧钢立柱、右侧钢立柱、一号框架挡风单元、二号框架挡风单元、三号框架挡风单元、四号框架挡风单元;所述部件之间的连接:左侧钢立柱、右侧钢立柱均由H型钢、立柱底板和加强筋板焊接成;将四号框架挡风单元嵌入已固定的左侧钢立柱、右侧钢立柱的H型钢的凹槽中;再依次将三号框架挡风单元、二号框架挡风单元、一号框架挡风单元嵌入已固定的左侧钢立柱、右侧钢立柱的H型钢的凹槽中,一号至四号框架挡风单元之间为企口连接。所述的一号框架挡风单元包括一号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在一号框架单元的左右两侧;所述的一号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的底板中心处设一凸起;所述的二号框架挡风单元包括二号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在二号框架单元的左右两侧;所述的二号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的底板中心处设一凸起,所述的顶板中心处设一凹槽;所述的三号框架挡风单元和二号框架挡风单元完全相同;所述的四号框架挡风单元包括四号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;在四号框架单元的左右两侧固定左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;所述的四号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的顶板中心处设一凹槽。所述的在一号至四号框架单元的左右两侧固定的左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块的结构完全相同,其横截面为U型结构,开口处的纵截面与波纹板相适应。一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔为圆孔、方形孔或矩形孔,孔的分布规律是: 一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔的当量直径d小于孔间距l,同时也小于波纹板的波峰和波谷的特征尺寸,孔径不小于10mm,孔间距l满足关系式l≥2d。波峰和波谷上的孔错开布置,错开的距离是孔间距l的1/2,波峰和波谷上孔的数量相差1个;一号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上,任一行的孔的个数为n,两端孔的中心距一号框架挡风单元边缘的距离为a,则任一行的孔的个数n与孔间距l及一号框架挡风单元长度L之间的关系为L=l(n-1)+2a,二号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上任一行的孔的个数与一号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上孔的计算公式相同;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波峰上的孔数为偶数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波峰上的孔数为奇数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波峰上的孔数为奇数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波峰上的孔数为偶数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波谷上的孔数为偶数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波谷上的孔数为奇数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波谷上的孔数为奇数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波谷上的孔数为偶数;一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上孔的当量直径相同或不同。本发明和已有技术相比所具有的有益效果是:本发明采用的一号至四号框架单元前侧挡风板和后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;气流流经一号至四号框架单元时,不仅经历前侧挡风板首次能量头损失,还在一号至四号框架单元内改变流向,再经过后侧挡风板的透风孔流出,在挡风装置的背风侧产生更大的分离涡流和二次能耗,使耗能作用远大于单层挡风装置的耗能作用。一号至四号框架挡风单元为框架式结构,整体强度和刚度较大,增加了挡风装置的安全性及稳定性。一号至四号框架挡风单元之间采用企口连接,安装及养护维修方便,提高了安装效率与经济效益。一号至四号框架挡风单元与钢立柱间为弹性连接,提高了结构的抗震性及耐疲劳性,同时挡风装置能够更好的适应温度变化。
附图说明
图1为一种复合结构的承插式挡风装置主视图。图2为一种复合结构的承插式挡风装置俯视图。图3为图2的A-A剖视图。图4为一号框架挡风单元主视图。图5为一号框架挡风单元后视图。图6为一号框架挡风单元俯视图。图7为一号框架挡风单元侧视图。图8为图4的B-B剖面图。图9为图4的C-C剖面图。图10为图9的 a处局部放大图图11为图4的D-D剖面图。图12为左侧橡胶支护垫块主视图。图13为左侧橡胶支护垫块右视图。图14为左侧橡胶支护垫块俯视图。图15为二、三号框架挡风单元主视图。图16为二、三号框架挡风单元俯视图。图17为二、三号框架挡风单元侧视图。图18为四号框架挡风单元主视图。图19为四号框架挡风单元俯视图。图20为四号框架挡风单元侧视图。图中:左侧钢立柱1、右侧钢立柱2、一号框架挡风单元3、二号框架挡风单元4、三号框架挡风单元5、四号框架挡风单元6、垫块7。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。一种复合结构的承插式挡风装置,如图1、2、3所示。左侧钢立柱1、右侧钢立柱2、一号框架挡风单元3、二号框架挡风单元4、三号框架挡风单元5、四号框架挡风单元6;所述部件之间的连接:左侧钢立柱1、右侧钢立柱2均由H型钢一端、立柱底板和加强筋板焊接成,H型钢另一端的翼板上设通孔,用于对一至四号框架挡风单元的限位;在左侧钢立柱1、右侧钢立柱2的H型钢与立柱底板上表面形成的空间内,均放置垫块,用于实现四号框架挡风单元底板与立柱底板上表面的距离。将四号框架挡风单元6嵌入已固定的左侧钢立柱1、右侧钢立柱2的H型钢的凹槽中;再依次将三号框架挡风单元5、二号框架挡风单元4、一号框架挡风单元3嵌入已固定的左侧钢立柱1、右侧钢立柱2的H型钢的凹槽中,一号至四号框架挡风单元之间为企口连接,在H型钢另一端的翼板上的通孔中,插入螺栓,用螺母固定,对一至四号框架挡风单元限位。所述的一号框架挡风单元3,如图4至图11,它包括一号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在一号框架单元的左右两侧。所述的一号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的底板中心处设一凸起。所述的二号框架挡风单元4,如图15至图17,包括二号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在二号框架单元的左右两侧;所述的二号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的底板中心处设一凸起,所述的顶板中心处设一凹槽。所述的三号框架挡风单元5和二号框架挡风单元4完全相同。所述的四号框架挡风单元6,如图18至图20,它包括四号框架单元和左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;在四号框架单元的左右两侧固定左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块;所述的四号框架单元为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构;所述的前侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;后侧挡风板为波纹板,其波峰和波谷上设透风孔,其孔错开均布;前侧挡风板、后侧挡风板上的透风孔错开布置;所述的顶板中心处设一凹槽。所述的在一号至四号框架单元的左右两侧固定的左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块的结构完全相同,其横截面为U型结构,开口处的纵截面与波纹板相适应。一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔为圆孔、方形孔或矩形孔,孔的分布规律是: 一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔的当量直径d小于孔间距l,同时也小于波纹板的波峰和波谷的特征尺寸,孔径不小于10mm,孔间距l满足关系式l≥2d。波峰和波谷上的孔错开布置,错开的距离是孔间距l的1/2,波峰和波谷上孔的数量相差1个;一号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上,任一行的孔的个数为n,两端孔的中心距一号框架挡风单元边缘的距离为a,则任一行的孔的个数n与孔间距l及一号框架挡风单元长度L之间的关系为L=l(n-1)+2a,二号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上任一行的孔的个数与一号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上孔的计算公式相同;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波峰上的孔数为偶数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波峰上的孔数为奇数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波峰上的孔数为奇数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波峰上的孔数为偶数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波谷上的孔数为偶数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波谷上的孔数为奇数;若一号至四号框架单元的前侧挡风板波谷上的孔数为奇数,则一号至四号框架单元的后侧挡风板波谷上的孔数为偶数;一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上孔的当量直径相同或不同。一个优选方案:一号、二号和三号框架挡风单元的高度均为500mm,凸起高均为15 mm。四号框架挡风单元6的高度为500mm。复合结构的承插式挡风装置中的四号框架挡风单元6的底板距离立柱底板的上表面距离为0~90 mm。在一号框架单元的前侧挡风板的波峰上设19个透风孔,其直径均为50mm,孔间距l均为100 mm,第一个和最后一个透风孔的中心距一号框架挡风单元左右端面110 mm。一号框架单元的前侧挡风板的波谷上设19-1个透风孔,其直径均为50mm,孔间距均为100 mm,波谷上的第一个孔和波峰上的第一个孔的中心相距50mm。在一号框架单元的后侧挡风板的波峰上设18个透风孔,其直径均为50mm,孔间距l均为100 mm,第一个和最后一个透风孔的中心距一号框架挡风单元左右端面160 mm。一号框架单元的前侧挡风板的波谷上设18+1个透风孔,其直径均为50mm,孔间距均为100 mm,波谷上的第一个孔和波峰上的第一个孔的中心相距50mm。二号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔与一号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上的孔完全相同。所述的一号至四号框架单元均为前侧挡风板、后侧挡风板、顶板、底板和左右侧面板焊接成的框架式结构。一号至四号框架单元的前侧挡风板、后侧挡风板上波峰和波谷宽度均为90 mm,波谷的深度均为40mm。一号至四号框架单元上所设的凸起和凹槽的高度均为15mm。所述的在一号至四号框架单元的左右两侧固定的左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块的结构完全相同,其横截面为U型结构,开口处的纵截面与波纹板相适应。U型底厚10mm。左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在一号框架单元的左右两侧,构成一号框架挡风单元3。左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在二号框架单元的左右两侧,构成二号框架挡风单元4。左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在三号框架单元的左右两侧,构成三号框架挡风单元5。左侧橡胶垫块、右侧橡胶垫块固定在四号框架单元的左右两侧,构成四号框架挡风单元6。一号至四号框架挡风单元的长度均为2020mm。左侧钢立柱1、右侧钢立柱2均由H型钢、立柱底板和加强筋板焊接成;H型钢由厚度为8 mm钢板焊接成,其腹板高度为180 mm,翼板长度80 mm。一号至四号框架挡风单元的厚度与H型钢腹板的高度180 mm相适应。将复合结构的承插式挡风装置的左侧钢立柱1、右侧钢立柱2固定在铁路线路的两侧,距线路中心线2500~3000mm处,左侧钢立柱1、右侧钢立柱2的腹板内侧相距2030mm。在左侧钢立柱1、右侧钢立柱2的H型钢与立柱底板上表面形成的空间内,均放置并固定90mm厚的垫块7,实现四号框架挡风单元底板与立柱底板上表面90mm的距离。将四号、三号、二号和一号框架挡风单元依次嵌入已固定的左侧钢立柱1、右侧钢立柱2的H型钢的凹槽中。