1、O田潘+、母TONGJI UNIVERSITY橋梁工程的發展趨勢講座報告（六）淺談城市軌道交通橋梁結構噪聲姓 名：毛文浩學 號：1232709所在院系：土木工程專業領域：建筑與土木工程班 級：2012級碩士橋梁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構噪聲聽城市軌道交通橋梁結構噪聲有感橋梁工程的發展趨勢課程的第六講中，吳定俊老師為我們開展了關于城市 軌道交通橋梁結構噪聲的講座。吳老師從聲學的基本知識出發，介紹了噪聲評價體系、軌道交通噪聲組成、橋梁設計與結構噪聲、 常用橋型結構噪聲特性與減 噪措施以及在此領域有待繼續研究的問題。 通過講座和查閱相關資料，我對于橋 梁結構的

2、噪聲有了更加深刻的理解，以下談談自己的看法。、聲學基本知識1、聲音的產生與分類聲音由振動產生，并通過振動在介質(固體或流體)中的傳播而到達人耳 根據聲波的頻率成分可將聲波進行如下劃分：2、聲學量聲壓P是指聲音擾動后空氣中的壓強和靜壓強的差值，為時間和空間的函 數，單位Pa常用有效聲壓是指一定時間間隔均方根值：Pe聲壓級，即有效聲壓與基準聲壓的比值取常用對數， 再乘以20即為聲壓級, 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、對聲音的第一感覺是響亮程度，這與聽覺器官和聽覺神經對聲音強度和頻 率響應的感覺有關。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）。響度級是指當某一頻率的純音和某聲壓級的1kHz純音聽起來同樣響時，設1kHz純音的聲壓級定義為該聲音的響度級。圖2等響曲線-聽閾曲線5、計權聲壓級用響度級來表示人們對聲音的主觀感覺過于復雜，而不同頻率聲壓級低的純 音的響度感覺甚至高于聲壓級高的純音的響度， 為使數值與直觀感覺一致，選擇 不同的等響曲線對聲壓級進行加權，形成了不同的計權聲壓級。A計權聲壓級與人耳對聲音的響度感覺相近

4、，因此，現行的的噪聲標準都把3。A計權聲壓級作為評價噪聲的主要指標。不同計權網格見下圖計權分貝值7G 101001DOOo o o o O1 1 23立 , 頻率/Hz圖3頻率計權曲線6、噪聲的危害(1)損傷聽力：低頻100dB時出現聽力損傷，高頻噪聲 75dB時即可損傷 聽力。(2)影響神經系統、心血管和消化系統、視覺，影響日常的交流和生活。 平均交談距離為2m時，室內最高值為60dB時對語言和思考開始有干擾，當為 40dB時，則對語言和思考毫無干擾。(3)低頻噪聲波長長，衰減慢，難以有效被聲屏障隔離，長期居住在低頻 噪聲環境中容易產生莫名的失眠、頭疼、耳鳴、胸悶、腹部壓迫感等心理和生理 癥

5、狀。二、噪聲評價體系1、噪聲評價指標A計權聲壓級與人耳對聲音的響度感覺相近，因此，現行的的噪聲標準都把 A計權聲壓級作為評價噪聲的主要指標。分別為有等效連續A聲壓級LAeq和最大 A聲壓級LAmax。A計權網絡考慮了人耳對低頻噪聲敏感性差的頻譜特性，對低頻有較大的消減，所以不利于對低頻噪聲的評價。2、噪聲評價標準(1)世界衛生組織(WHO) 1993年公布的標準：戶外生活區續不能超過 55 dB (A) (LAeq);夜間戶外噪聲級不能超過 45 dB (A) (LA)。(2)西方國家的鐵路噪聲英國要求最嚴格。(3)我國于1990年11月頒布了鐵路邊界噪聲限值及其測量方法(GB12525-90

6、,明確規定了鐵路邊界處的噪聲限值 (表1)。2008年的修改方案 分別規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境質量標準GB3096-2008)的限值要求(表2)。城市軌道交通要求嚴格。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,時段4噪聲限值/ dBCAp時段口噪聲限值/ 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距軌道中心線30米處口 +表2 環境噪聲限值(等效聲級 Leq)聲環境功能區類別一晝間/ dE250km/h)高架區段噪聲測試結果如下圖所示：(車速提高)口集電系統噪聲37%輪軌噪聲及橋梁結構噪聲2

7、5%口空氣動力噪聲38%圖5各噪聲源占總噪聲的比列從以上試驗結果可以看出：1、鐵路噪聲中主要是輪軌噪聲和集電系統噪聲，空氣動力噪聲隨著速度增 加，所占比重不斷增大。2、橋梁結構噪聲在整個橋梁段鐵路噪聲中所占比重不大，但橋梁結構噪聲是低頻噪聲，聲屏障對此效果不大。3、城市軌道交通正常為低速運營，氣動噪聲可以不考慮。橋下主要是橋梁 結構噪聲，且聲壓級高，對過路行人影響大。四、橋梁設計與結構噪聲1、強度控制設計早期列車速度低，對軌道的平順性和車輛的舒適性要求也低。 橋梁設計最終 由結構的強度承載能力和使用極限狀態來決定。2、考慮走行性和乘坐舒適的的剛度控制設計隨著列車速度的提高，尤其是高速鐵路的興起

8、，對軌道平順性和列車運行平 穩性、舒適性的要求也隨之提高，橋梁的結構設計由強度決定變為由剛度來決定。 設計過程主要包括以下內容：(1)橋梁的振動基頻滿足規范規定的限值；(2)橋梁的撓度滿足規定的撓跨比；(3)橋梁的梁端折角滿足規定的限值；3、耐久性的全壽命設計對橋梁耐久性的要求提高，設計中結構的耐久性也成為考慮的重要因素，如進行抗裂驗算等。4、考慮抗振減噪設計隨著城市軌道交通和高速鐵路的發展， 鐵路噪聲問題越來越嚴重，防噪音設 計提上日程。由于技術不成熟，目前主要進行噪聲的被動防治。主要措施包括：(1)安裝聲屏障；(2)槽型梁內側安裝吸聲板；(3)采用浮置板軌道或高彈性扣件，對輪軌噪聲和結構噪

9、聲都有效。圖6科隆蛋高彈性扣件圖7 Vanguard高彈性扣件五、常用橋型結構噪聲特性與減噪措施1、常見結構噪音特性(1)頻譜特征：對箱型梁和槽型梁不同試驗表明，梁體的結構噪聲的峰值頻率大多在40-100HZ,峰值頻率與車速的關系不大。結構噪聲主要分布 0-260HZ 頻段是低頻噪聲。(2)與車長關系：對上海地鐵 8號線實測噪聲的頻譜分析表明 C型車以 70km/h通過時，6節列車與7節列車對結構噪聲的大小影響不大，但噪聲持續 時間延長。(3)結構噪聲的大小與車速有很強的線性關系。日本對新干線的噪聲預測 時，高架橋的噪聲計算公式包含了速度項。結構物噪聲的預測，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)結構的局部面板(如腹板、底板等)的彎曲振動導致截面產生變形是 結構噪聲產生的主要原因，而梁的整體彎曲振動對結構噪聲的影響不大。同時扭轉振動對結構噪聲的影響也很微弱。即振動分析中的以不同面板的彎曲振動為主 的模態對結構噪聲其控制作。(5)車軌橋的耦合振動計算時，三者的空間耦合振動和僅考慮豎向的耦合 振動分析，對結構噪聲的總聲壓級無影響。因此，研究橋梁的結構噪聲時，

11、可以 僅考慮輪軌的豎向相互作用。(6)底板對槽型梁的結構噪聲起控制作用。腹板的貢獻微弱；箱梁的底板 對近場點聲壓起主要作用，距離軌道中心線越遠，頂板的作用增強，底板和頂板對遠場點起主要作用，腹板作用微弱；改善聲場環境，應控制槽型梁底板的振動， 同樣，對箱梁要減小頂板和底板的振動。2、結構設計減噪的主要措施(1)在合理的厚度范圍內，增加槽型梁底板的厚度，能降低橋下場點的聲 壓級，但效果不大，而且對遠場點幾乎沒有效果。雙線單箱雙室梁橋下場點的聲壓級小于雙線單箱單室梁3 dB-5 dB,遠場點卻差別不大。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) 彎曲剛度一一僅對近場點有效，而對遠場

12、點的效果不大。槽型梁均勻設置橫肋，將底板由單向板變成雙向板，改善效果優于僅增加底板厚度，但相對于原結構的高噪聲，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時整個聲場空間降噪均 勻，降幅達4dB-5dB,同時能保證列車安全運營。(3)采用浮置板結構。無論是對槽型梁還是對箱梁，浮置板軌道結構能夠 大幅有效的降低的整個聲場內結構噪聲。聲壓級對板下支承剛度的改變不敏感。考慮到浮置板的振動，采用小間距支承(例如0.8m)更合適，板下支承剛度5MN/m-9MN/m ,此時線性聲壓級能減小 7dB-14dB。59國* 網，網，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)施工現場川板式浮置板厚度對總聲壓的影響不大。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)的質量大幅降低。此隔振降噪可優先選 用梯形浮置板。構造圖圖8梯形浮置板(4)優先單箱雙室梁的聲學性能遠優于槽型梁(梁截面見圖9),相同的計算條件，遠場點聲壓比槽型梁小 4dB-5dB,而橋下場點能小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)高架結構直選用單箱雙室梁，其次選用單箱單室梁，同時梁上軌道的 布置以每線的兩股軌道分列腹板兩側為宜，則兩股軌道的列車荷載引起的結構振 動反相，能部分抵消，能起到減振降噪的

14、作用。六、有待繼續研究的問題根據吳老師介紹，目前關于橋梁結構噪聲方面還有待繼續研究的問題主要有以下幾個方面：1、計算理論還有待于進一步研究，目前可以定性定量計算聲壓，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、進行橋梁結構防噪聲設計需要對不同梁型的結構噪聲有可靠的預測，還 需對不同梁型建立能進行實際應用的簡化預測公式。3、橋梁結構噪聲的機理十分復雜且是一項跨學科的內容，目前只是工程應 用的角度進行了計算，對機理研究未能深入，以后應加強噪聲的機理研究。4、模態疊加法雖然能計算聲壓，但不能計算聲功率，需對計算方法進行改 進完善，進而計算聲輻射效率。七、結語通過此次講座，我對于橋梁結構的噪聲評價體系、軌道交通噪聲組成、橋梁 設計與結構噪聲、常用橋型結構噪聲特性與減噪