2019城市軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)噪聲講座

1、O田潘+、母TONGJI UNIVERSITY橋梁工程的發(fā)展趨勢(shì)講座報(bào)告（六）淺談城市軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)噪聲姓 名：毛文浩學(xué) 號(hào)：1232709所在院系：土木工程專業(yè)領(lǐng)域：建筑與土木工程班 級(jí)：2012級(jí)碩士橋梁2班授課教師：吳定俊二0一二年十一月十一日淺談城市軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)噪聲聽城市軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)噪聲有感橋梁工程的發(fā)展趨勢(shì)課程的第六講中，吳定俊老師為我們開展了關(guān)于城市 軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)噪聲的講座。吳老師從聲學(xué)的基本知識(shí)出發(fā)，介紹了噪聲評(píng)價(jià)體系、軌道交通噪聲組成、橋梁設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)噪聲、 常用橋型結(jié)構(gòu)噪聲特性與減 噪措施以及在此領(lǐng)域有待繼續(xù)研究的問題。 通過講座和查閱相關(guān)資料，我對(duì)于橋 梁結(jié)構(gòu)的

2、噪聲有了更加深刻的理解，以下談?wù)勛约旱目捶ā?、聲學(xué)基本知識(shí)1、聲音的產(chǎn)生與分類聲音由振動(dòng)產(chǎn)生，并通過振動(dòng)在介質(zhì)(固體或流體)中的傳播而到達(dá)人耳 根據(jù)聲波的頻率成分可將聲波進(jìn)行如下劃分：2、聲學(xué)量聲壓P是指聲音擾動(dòng)后空氣中的壓強(qiáng)和靜壓強(qiáng)的差值，為時(shí)間和空間的函 數(shù)，單位Pa常用有效聲壓是指一定時(shí)間間隔均方根值：Pe聲壓級(jí)，即有效聲壓與基準(zhǔn)聲壓的比值取常用對(duì)數(shù)， 再乘以20即為聲壓級(jí), 單位為分貝(dB),即：Lp =20logPepref3、頻帶是指可聽域的聲音頻率范圍，我們分析中不是采用單一頻率能量分布， 而是 了解各個(gè)頻段上的聲能量分布情況。為了分析的方便，頻譜分析常用1/3倍頻程4、響度人

3、對(duì)聲音的第一感覺是響亮程度，這與聽覺器官和聽覺神經(jīng)對(duì)聲音強(qiáng)度和頻 率響應(yīng)的感覺有關(guān)。不同頻率相同聲壓的聲音人感覺的響度是不同的，為了反映人耳的這種特性，測(cè)定了不同頻率相同等響亮程度聲音的能量曲線一一等響曲線（圖 2）。響度級(jí)是指當(dāng)某一頻率的純音和某聲壓級(jí)的1kHz純音聽起來同樣響時(shí)，設(shè)1kHz純音的聲壓級(jí)定義為該聲音的響度級(jí)。圖2等響曲線-聽閾曲線5、計(jì)權(quán)聲壓級(jí)用響度級(jí)來表示人們對(duì)聲音的主觀感覺過于復(fù)雜，而不同頻率聲壓級(jí)低的純 音的響度感覺甚至高于聲壓級(jí)高的純音的響度， 為使數(shù)值與直觀感覺一致，選擇 不同的等響曲線對(duì)聲壓級(jí)進(jìn)行加權(quán)，形成了不同的計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)與人耳對(duì)聲音的響度感覺相近

4、，因此，現(xiàn)行的的噪聲標(biāo)準(zhǔn)都把3。A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)作為評(píng)價(jià)噪聲的主要指標(biāo)。不同計(jì)權(quán)網(wǎng)格見下圖計(jì)權(quán)分貝值7G 101001DOOo o o o O1 1 23立 , 頻率/Hz圖3頻率計(jì)權(quán)曲線6、噪聲的危害(1)損傷聽力：低頻100dB時(shí)出現(xiàn)聽力損傷，高頻噪聲 75dB時(shí)即可損傷 聽力。(2)影響神經(jīng)系統(tǒng)、心血管和消化系統(tǒng)、視覺，影響日常的交流和生活。 平均交談距離為2m時(shí)，室內(nèi)最高值為60dB時(shí)對(duì)語言和思考開始有干擾，當(dāng)為 40dB時(shí)，則對(duì)語言和思考毫無干擾。(3)低頻噪聲波長(zhǎng)長(zhǎng)，衰減慢，難以有效被聲屏障隔離，長(zhǎng)期居住在低頻 噪聲環(huán)境中容易產(chǎn)生莫名的失眠、頭疼、耳鳴、胸悶、腹部壓迫感等心理和生理 癥

5、狀。二、噪聲評(píng)價(jià)體系1、噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)與人耳對(duì)聲音的響度感覺相近，因此，現(xiàn)行的的噪聲標(biāo)準(zhǔn)都把 A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)作為評(píng)價(jià)噪聲的主要指標(biāo)。分別為有等效連續(xù)A聲壓級(jí)LAeq和最大 A聲壓級(jí)LAmax。A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)考慮了人耳對(duì)低頻噪聲敏感性差的頻譜特性，對(duì)低頻有較大的消減，所以不利于對(duì)低頻噪聲的評(píng)價(jià)。2、噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(1)世界衛(wèi)生組織(WHO) 1993年公布的標(biāo)準(zhǔn)：戶外生活區(qū)續(xù)不能超過 55 dB (A) (LAeq);夜間戶外噪聲級(jí)不能超過 45 dB (A) (LA)。(2)西方國(guó)家的鐵路噪聲英國(guó)要求最嚴(yán)格。(3)我國(guó)于1990年11月頒布了鐵路邊界噪聲限值及其測(cè)量方法(GB12525-90

6、,明確規(guī)定了鐵路邊界處的噪聲限值 (表1)。2008年的修改方案 分別規(guī)定了既有鐵路和新建鐵路的鐵路噪聲限值。城市軌道交通線路還須符合聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3096-2008)的限值要求(表2)。城市軌道交通要求嚴(yán)格。表1鐵路邊界噪聲限值既有鐵路邊界鐵路噪聲限值新建鐵路邊界鐵路噪聲限值,時(shí)段4噪聲限值/ dBCAp時(shí)段口噪聲限值/ dB(A)P晝間Q晝間Q7 口甲夜間十夜間Q60P注：鐵路邊界指鐵路外側(cè)距軌道中心線30米處口 +表2 環(huán)境噪聲限值(等效聲級(jí) Leq)聲環(huán)境功能區(qū)類別一晝間/ dE250km/h)高架區(qū)段噪聲測(cè)試結(jié)果如下圖所示：(車速提高)口集電系統(tǒng)噪聲37%輪軌噪聲及橋梁結(jié)構(gòu)噪聲2

7、5%口空氣動(dòng)力噪聲38%圖5各噪聲源占總噪聲的比列從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出：1、鐵路噪聲中主要是輪軌噪聲和集電系統(tǒng)噪聲，空氣動(dòng)力噪聲隨著速度增 加，所占比重不斷增大。2、橋梁結(jié)構(gòu)噪聲在整個(gè)橋梁段鐵路噪聲中所占比重不大，但橋梁結(jié)構(gòu)噪聲是低頻噪聲，聲屏障對(duì)此效果不大。3、城市軌道交通正常為低速運(yùn)營(yíng)，氣動(dòng)噪聲可以不考慮。橋下主要是橋梁 結(jié)構(gòu)噪聲，且聲壓級(jí)高，對(duì)過路行人影響大。四、橋梁設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)噪聲1、強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)早期列車速度低，對(duì)軌道的平順性和車輛的舒適性要求也低。 橋梁設(shè)計(jì)最終 由結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度承載能力和使用極限狀態(tài)來決定。2、考慮走行性和乘坐舒適的的剛度控制設(shè)計(jì)隨著列車速度的提高，尤其是高速鐵路的興起

8、，對(duì)軌道平順性和列車運(yùn)行平 穩(wěn)性、舒適性的要求也隨之提高，橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由強(qiáng)度決定變?yōu)橛蓜偠葋頉Q定。 設(shè)計(jì)過程主要包括以下內(nèi)容：(1)橋梁的振動(dòng)基頻滿足規(guī)范規(guī)定的限值；(2)橋梁的撓度滿足規(guī)定的撓跨比；(3)橋梁的梁端折角滿足規(guī)定的限值；3、耐久性的全壽命設(shè)計(jì)對(duì)橋梁耐久性的要求提高，設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的耐久性也成為考慮的重要因素，如進(jìn)行抗裂驗(yàn)算等。4、考慮抗振減噪設(shè)計(jì)隨著城市軌道交通和高速鐵路的發(fā)展， 鐵路噪聲問題越來越嚴(yán)重，防噪音設(shè) 計(jì)提上日程。由于技術(shù)不成熟，目前主要進(jìn)行噪聲的被動(dòng)防治。主要措施包括：(1)安裝聲屏障；(2)槽型梁內(nèi)側(cè)安裝吸聲板；(3)采用浮置板軌道或高彈性扣件，對(duì)輪軌噪聲和結(jié)構(gòu)噪

9、聲都有效。圖6科隆蛋高彈性扣件圖7 Vanguard高彈性扣件五、常用橋型結(jié)構(gòu)噪聲特性與減噪措施1、常見結(jié)構(gòu)噪音特性(1)頻譜特征：對(duì)箱型梁和槽型梁不同試驗(yàn)表明，梁體的結(jié)構(gòu)噪聲的峰值頻率大多在40-100HZ,峰值頻率與車速的關(guān)系不大。結(jié)構(gòu)噪聲主要分布 0-260HZ 頻段是低頻噪聲。(2)與車長(zhǎng)關(guān)系：對(duì)上海地鐵 8號(hào)線實(shí)測(cè)噪聲的頻譜分析表明 C型車以 70km/h通過時(shí)，6節(jié)列車與7節(jié)列車對(duì)結(jié)構(gòu)噪聲的大小影響不大，但噪聲持續(xù) 時(shí)間延長(zhǎng)。(3)結(jié)構(gòu)噪聲的大小與車速有很強(qiáng)的線性關(guān)系。日本對(duì)新干線的噪聲預(yù)測(cè) 時(shí)，高架橋的噪聲計(jì)算公式包含了速度項(xiàng)。結(jié)構(gòu)物噪聲的預(yù)測(cè)，可采用如下式：Zj(P) = 10

10、1og(10/JO+10iWl)。cos 0, 1= PWLs - 8 -b 1 o-)51DIDL, =PJFZj-8 4 101og(-+tan-1)Dr 2D,尸以二 85 + 1 OlogW 240)PWLlsPWLs-1(4)結(jié)構(gòu)的局部面板(如腹板、底板等)的彎曲振動(dòng)導(dǎo)致截面產(chǎn)生變形是 結(jié)構(gòu)噪聲產(chǎn)生的主要原因，而梁的整體彎曲振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)噪聲的影響不大。同時(shí)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)噪聲的影響也很微弱。即振動(dòng)分析中的以不同面板的彎曲振動(dòng)為主 的模態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)噪聲其控制作。(5)車軌橋的耦合振動(dòng)計(jì)算時(shí)，三者的空間耦合振動(dòng)和僅考慮豎向的耦合 振動(dòng)分析，對(duì)結(jié)構(gòu)噪聲的總聲壓級(jí)無影響。因此，研究橋梁的結(jié)構(gòu)噪聲時(shí)，

11、可以 僅考慮輪軌的豎向相互作用。(6)底板對(duì)槽型梁的結(jié)構(gòu)噪聲起控制作用。腹板的貢獻(xiàn)微弱；箱梁的底板 對(duì)近場(chǎng)點(diǎn)聲壓起主要作用，距離軌道中心線越遠(yuǎn)，頂板的作用增強(qiáng)，底板和頂板對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)起主要作用，腹板作用微弱；改善聲場(chǎng)環(huán)境，應(yīng)控制槽型梁底板的振動(dòng)， 同樣，對(duì)箱梁要減小頂板和底板的振動(dòng)。2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減噪的主要措施(1)在合理的厚度范圍內(nèi)，增加槽型梁底板的厚度，能降低橋下場(chǎng)點(diǎn)的聲 壓級(jí)，但效果不大，而且對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)幾乎沒有效果。雙線單箱雙室梁橋下場(chǎng)點(diǎn)的聲壓級(jí)小于雙線單箱單室梁3 dB-5 dB,遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)卻差別不大。這與槽型梁改變底板厚度的效果一致一一即提高底板(或者頂板) 彎曲剛度一一僅對(duì)近場(chǎng)點(diǎn)有效，而對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)

12、點(diǎn)的效果不大。槽型梁均勻設(shè)置橫肋，將底板由單向板變成雙向板，改善效果優(yōu)于僅增加底板厚度，但相對(duì)于原結(jié)構(gòu)的高噪聲，總體的改善效果仍不理想(2)采用高彈性扣件 高彈性扣件剛度為15MN/m時(shí)整個(gè)聲場(chǎng)空間降噪均 勻，降幅達(dá)4dB-5dB,同時(shí)能保證列車安全運(yùn)營(yíng)。(3)采用浮置板結(jié)構(gòu)。無論是對(duì)槽型梁還是對(duì)箱梁，浮置板軌道結(jié)構(gòu)能夠 大幅有效的降低的整個(gè)聲場(chǎng)內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲。聲壓級(jí)對(duì)板下支承剛度的改變不敏感?？紤]到浮置板的振動(dòng)，采用小間距支承(例如0.8m)更合適，板下支承剛度5MN/m-9MN/m ,此時(shí)線性聲壓級(jí)能減小 7dB-14dB。59國(guó)* 網(wǎng)，網(wǎng)，圖.回|口口口口 平而同用 M期Ft二鼠匚二I匚二1

13、A-AB-B(b)施工現(xiàn)場(chǎng)川板式浮置板厚度對(duì)總聲壓的影響不大。6m梯形浮置板的減振降噪效果比板 式浮置板略差，但梯形浮置板(見圖 8)的質(zhì)量大幅降低。此隔振降噪可優(yōu)先選 用梯形浮置板。構(gòu)造圖圖8梯形浮置板(4)優(yōu)先單箱雙室梁的聲學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于槽型梁(梁截面見圖9),相同的計(jì)算條件，遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)聲壓比槽型梁小 4dB-5dB,而橋下場(chǎng)點(diǎn)能小8dB-10dB。5004024700(a)單箱雙室梁S)槽型梁戶圖9不同梁型的截面,BM一(5)高架結(jié)構(gòu)直選用單箱雙室梁，其次選用單箱單室梁，同時(shí)梁上軌道的 布置以每線的兩股軌道分列腹板兩側(cè)為宜，則兩股軌道的列車荷載引起的結(jié)構(gòu)振 動(dòng)反相，能部分抵消，能起到減振降噪的

14、作用。六、有待繼續(xù)研究的問題根據(jù)吳老師介紹，目前關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)噪聲方面還有待繼續(xù)研究的問題主要有以下幾個(gè)方面：1、計(jì)算理論還有待于進(jìn)一步研究，目前可以定性定量計(jì)算聲壓，但還不完 善，在定性上可以說明一些問題，但在定量分析上還有較大差距。2、進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)防噪聲設(shè)計(jì)需要對(duì)不同梁型的結(jié)構(gòu)噪聲有可靠的預(yù)測(cè)，還 需對(duì)不同梁型建立能進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)公式。3、橋梁結(jié)構(gòu)噪聲的機(jī)理十分復(fù)雜且是一項(xiàng)跨學(xué)科的內(nèi)容，目前只是工程應(yīng) 用的角度進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)機(jī)理研究未能深入，以后應(yīng)加強(qiáng)噪聲的機(jī)理研究。4、模態(tài)疊加法雖然能計(jì)算聲壓，但不能計(jì)算聲功率，需對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行改 進(jìn)完善，進(jìn)而計(jì)算聲輻射效率。七、結(jié)語通過此次講座，我對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的噪聲評(píng)價(jià)體系、軌道交通噪聲組成、橋梁 設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)噪聲、常用橋型結(jié)構(gòu)噪聲特性與減噪