高速公路声屏障的设计说明书.doc

摘要 高速公路是现代化交通的重要组成部分 ,是衡量国民经济发展水平的重要标志。高速公路的飞速发展促进了当地经济的发展 ,但也逐渐暴露了对自然环境的破坏问题。公路运营期间所产生的交通噪声,必然会给周边地区居民的生活、工作、学习和休息带来严重干扰 ,尤其是对敏感点的影响更为严重。因此,研究公路交通噪声污染的治理技术已势在必行1。 根据公路环境保护设计规范（JTJ/T00698）城市区域环境噪声标准（GB3096-93）,设计高速公路声屏障。通过对声屏障的位置，长度，插入损失值的计算确定高度，以及材料和构型的必选，最终选取了直立型声屏障。达到了保护告诉公路就近范围两侧居民区日常生活不受影响，使噪声污染得到大大的改善，达到预期效果。本文就有关高速公路声屏障的设计做了详细说明介绍。关键词：高速公路；声屏障；公路交通噪声；降噪指标；插入损失 Abstract Highway is an important part of modern transportation, serves as an important symbol of national economic development. The rapid development of highway will promote the development of local economy, but also gradually exposed the damage to the natural environment. Highway traffic noise generated by during operation, will inevitably to the surrounding area residents life, work, study, rest and serious interference, especially the sensitive effect is more serious. Therefore, research of highway traffic noise pollution control technology has been imperative. According to the design specification of highway environmental protection (JTJ/T006-98), urban regional environmental noise standards (GB3096-93), the design of highway noise barrier. Based on the location of the noise barrier, length, calculate and determine the height of the insertion loss value, and the choice of materials and configuration, vertical noise barrier is finally chosen. Up to the scope of protection of highway nearby communities on both sides of the daily life is not affected, greatly improve the noise pollution, and achieve the desired effect. This article is about the design of highway noise barrier made detailed introduction.Key words: highway; Sound barrier; Highway traffic noise. The noise reduction index; Insertion loss 目 录第一章 绪论11.1本设计的目的11.2本设计的任务内容及要求1 1.2.1内容1 1.2.2要求11.3 设计原则21.4 噪声的基本知识2 1.4.1噪声的来源2 1.4.2噪声的危害2 1.4.3噪声控制技术2第二章 声屏障的声学设计基础32.1 声学原理3 2.2 声屏障的声绕射（Ld）4 2.3 声程差4第三章 声屏障设计与计算53.1 声屏障的声衰减5 3.1.1声屏障的声透射（Lt）5 3.1.2 声屏障的反射5 3.1.3 地面及障碍物的声衰减53.2 插入损失值的计算以及修正53.2.1 目标插入损失值的计算53.2.2 绕射声衰减Ld的计算63.2.4 无限长线声源及有限长声屏障修正Ld7 3.3 声屏障的长度的确定8 3.4 位置的确定8 3.5 方案的比选与h和Ld的确定9、10 第四章 声屏障的选型104.1 声屏障形状的选择104.1.1 直立型声屏障104.1.2 折板型和弯曲型声屏障104.1.3 半封闭型声屏障114.1.4 全封闭型声屏障114.2 声屏障材料的选择114.2.1多孔材料的吸声机理:114.2.2 影响多孔吸声材料吸声特性的因素分析11、12、134.3 声屏障参数14总结15参考文献16 第1章 绪论1.1本设计的目的本次设计是在我们学习了大学的全部基础课，技术基础课以及部分专业课之后而进行。此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。其目的在于： 巩固我们在大学里所学的知识，也是对以前所学知识的综合性的检验； 加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料； 树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养我们的实际工作能力； 环境工程学课程是环境科学专业的一门重要专业课。研究三大污染四大公害的防治措施,包括水气声固污染控制。通过本课程设计环节的进行，目的是使我们通过对环境噪声控制技术基础课程学习中的理论、原理部分有更深入的认识，培养我们学生的科学研究能力，在一定程度上具备分析问题和解决问题能力，具备简单的工程设计能力。通过设计，培养独立设计能力，掌握基本的设计方法，学会查阅技术资料，树立正确的设计思想和严谨的工作作风。1.2本设计的任务内容及要求1.2.1.内容 本次设计主要针对高速公路声屏障的设计，由于没有相关的设备及条件，因此本设计根据以下一实例的数据参数，进行设计计算。某高速公路按双向四车道高速公路标准建设，设计时速100km/小时。敏感点处村庄距离路肩最近点为5m，同时，村舍地基低于路面2m，受到的交通噪声不会有很大的自然衰减，实测夜间中心频率为500赫兹处峰值噪声70-75dB。居民还是基本暴露在交通噪声里,居民区与道路平行,受影响长度为150m。1.2.2要求 结合我公路环境保护设计规范（JTJ/T00698）城市区域环境噪声标准（GB3096-93）,设计声屏障. 完成噪声敏感建筑物有关参数和使用标准的确定；设计声屏障尺寸、类型、结构及材料； 确定建筑物及声屏障之间的相对位置； 编写设计说明书及绘制图。 完成声屏障的设计和计算，声屏障的设计除了达到预期的降噪指标外，还应符合景观、结构、造价和养护方面的要求。1.3 设计原则声屏障至少有一层密实材料制成的隔声层，以保证透射声远远低于绕射声。通常公路声屏障建于靠近道路侧，但应考虑到行车安全和道路景观要求。在满足噪声衰减量的前提下，应尽量使声屏障的高度经济合理。声屏障长度应大于其保护对象沿道路方向的长度，并根据所保护对象的性质、规模和声屏障的造价等综合考虑。声屏障的材料构造应满足声学性能、经济合理、施工简便、美观、耐久、抗腐、防火等性能，选择时应避免易碎的材料。声屏障的结构需要满足风荷载和自重，还应与道路附设物(如防撞护栏)有较好的连接并考虑意外撞击时避免损失。声屏障设计时既要减缓对司乘人员的视觉影响，防止廊道效应、防止眩光和减少司机路况判断的影响，又要降低对居民和周围行人的影响，减少遮蔽视线和不协调感。1.4 噪声的基本知识1.4.1 噪声的来源 公路交通噪声主要指的是机动车辆在运行时发出的噪声。这些噪声的噪声源是流动的, 干扰范围大。汽车是城市交通中较大的噪声源机动车的发动机运转、部件摩擦、车身震动、刹车、排气、鸣喇叭等,都会产生噪声。一般公共汽车的噪声约为 分贝车速提高一倍噪声增长 分贝。高速公路的噪声主要包括车身扰动空气的声音与车轮和地面接触发出的声音，及汽车的轰鸣声。1.4.2 噪声的危害交通噪声干扰人们的正常生活和休息,严重时甚至影响人们的身心健康。噪声可使学习、工作效率降低,工作质量下降；另外交通噪声还会影响到公路沿线的经济发展。例如，受噪声影响严重的房地产工厂、商业大厦的经济效益和生产效益都会有不同程度的下降,噪声还直接影响到周围土地的价值2。1.4.3 噪声控制技术合理布局,优化路线设计合理地使用土地和划分功能区域是减少交通噪声扰民的有效方法在公路规划和建筑规划时,公路应尽可能地适当远离噪声敏感区域,居住建筑也应远离公路一定距离,以减少公路交通噪声对居民生活、工作、学习的干扰。第二章 声屏障的声学设计基础2.1 声学原理 要设计效果好的声屏障首先应清楚噪声降低的声学原理，这是设计声屏障的理论基础。在空气中传播的声波遇到声屏障时，就会产生反射、路直按到达受声者。若在声源和受声者之间设置声屏障后，则使声能的再分配变成了几条通路。即通过声屏障上方的绕射近路通过声屏障的透射通路以及声波遇到声屏障后远离受声者的反射通路。下面就声屏障的反射、透射和绕射加以阐述。声屏障的作用就是阻挡直达声的传播，隔离透射声，并使绕射声有足够的衰减。当声波撞击到声屏障的壁顶上时，会在声屏障边缘产生绕射现象。而在屏障背后形成“声影区”。与光影区相比较，由于声波波长比光波波长大得多。因此，这种“声影区”的边界并不明显。经过屏障边缘之外声源发出来的声波可以直接到达的范围叫做“亮区”。从亮区到声影区之间还有一小段“过渡区”。位于“声影区”内的噪声级低于未设置声屏障时的噪声级。这就是声屏障降噪的基本原理。如图2.1所示，当无声屏障时，声波的传播从“声源”经立达通路直按到达受声者。若在声源和受声者之间设置声屏障后则使声能的再分配变成了几条通路。即通过声屏障上方的绕射近路，通过声屏障的透射通路以及声波遇到声屏障后远离受声者的反射通路。下面就声屏障的反射、透射和绕射加以阐述。 声源ABdSR反射路径绕射路径透射路径道路声屏障图2-1 声波传播路径2.2 声屏障的声绕射（Ld） 假定一无限长、有足够面密度的声屏障设置在声源和受声者之间。这种情况下，声波只能通过声历障的顶部绕射到达受声者，如图2-2所示。声音到达受声者存在一绕射角。发生绕肘弯曲的面积即为“声影区”，它是声源越过声屏障顶部直经路程下边的区域范围。这时位于声影区的受声者即可感到噪声有了明显的衰减。图2.2 声屏障的声绕射绕射路径直线路径径SR声影区2.3 声程差 声屏障的降噪效果取决于绕射角的大小。绕射角愈大，声屏障的声衰减愈大，效果愈好。显然，如若增加声屏障的高度，或使声源或受声者紧靠声屏障，那么即可使绕肘角增大。这说明声屏障的声衰减效果是声源、受声者及声屏障之间几何关系的函数。这里定义声波的路程差为，如图2-3所示。图2.3 绕射角与声程差透射路径RSdBA声源这个函数依距离而不同，它是绕射传播路程与直线传播路程之差。就是说由于声屏障的设置，使声波的传播必须绕过声屏障的顶部，而不能直接到达受声者，即声音的传播路程变大了。因此声程差愈大，减噪效果也就愈大。此外，声屏障的声衰减与噪声的频率成分有关，研究与实践表明：对于大于2000Hz的高频声比8001000H z的中频声减噪效果好；但对于250Hz左右的低频声，效果就很差。这是声波的绕射现象历致，因为声波波长较长的低频声比波长较短的高频产更容易绕射过去。亦即，波长越长，绕射声的衰减越小。第三章 声屏障设计与计算3.1 声屏障的声衰减3.1.1 声屏障的声透射（ Lt ） 声音的传播除绕过声屏障继续传播外，尚可通过声屏障到达受声者，这就是声波的透射。透过屏障的省能量与其所采用材料的重量和刚度等因素有关。材料透射噪声的能力用透射损失TL表示，习惯上也称隔声量。TL与入射噪声能量与透射噪声能量之比有关。即： TL101g（Ii/It） （公式3-1）式中：Ei入射声能，单位W/m*mEt透射声能，单位W/m*m通常在声学设计时，要求TLLd10dB，此时透射的声能可以忽略不计，即Lt0。3.1.2 声屏障的反射 由于反射发生在道路两侧都建有声屏障，而本次设计针对于单侧道路公路噪声对居民区的影响，因此，反射发生的声衰减不存在。3.1.3 地面及障碍物的声衰减 由于受声点距离声源点距离太短（5+11），导致地面和障碍物的声衰减太小，本次设计忽略不计。3.2 插入损失值的计算以及修正3.2.1 目标插入损失值的计算 测的原受声点中心频率处峰值为70-75db。本设计以75为参考数据，由公式 L=10lg(100.1*ld *n/24+(24-n)*100.1*(ld+10)/24) (公式3-2)Ldn白天的A声级测定值，单位dbL等效昼夜A声级值，单位dbN白天的小时数,单位h，在这里n取10个小时带入数据可得Leq=55db则目标插入损失值IL=75-Leq=20db3.2.2 绕射声衰减Ld的计算当声源为一无限长不相干线声源时，其绕射声衰减为： （公式3-3） 式中：f 声波频率，Hz= A+B-d为声程差，mc声速，m/s而声程差的计算与高度h的取值 有关，因此，在这里我们每取一个h,对应可取的值，进而计算Ld的值。(表格中Ld的修正值参见3.2.3)取值过程如表3-1： 表3-1 Ld与h的取值变化hDABtLdLd修正量0.21611.00 5.04876 0.051.03 6.7850.51611.00 5.09902 0.09 1.94 7.865.70.71611.00 5.14198 0.142.81 8.646.20.91611.00 5.19230 0.19 3.919.416.611611.01 5.22015 0.234.539.786.81.21611.02 5.28110 0.30 5.94 10.4871.51611.04 5.38516 0.43 8.4411.457.51.81611.07 5.50364 0.58 11.37 12.327.921611.10 5.59017 0.6913.56 12.8582.51611.18 5.83 1.0119.8214.038.531611.28 6.10 1.3827.13 15.048.63.11611.30 6.161.4628.71 15.238.63.51611.40 6.401.80 35.38 15.928.63.61611.426.461.8937.14 16.088.63.71611.45 6.521.9838.93 16.2441611.54 6.72 2.2744.51 16.693.2.3 无限长线声源及有限长声屏障修正L dLd仍由公式(6)计算。然后根据图3进行修正。修正后的Ld取决于遮蔽角/。图3(a)中虚线表示：无限长屏障声衰减为8.5dB，若有限长声屏障对应的遮蔽角百分率为92%，则有限长声屏障的声衰减为6.6dB。（a 图3 有限长度的声屏障及线声源的修正图从表3-1并结合图3中a)可以看出，一直增大h的值，Ld趋于平稳，继续增大，超出表3a)范围，不予考虑计算。也就是说，当h达到2.5m时，Ld的值不会无限增大。3.3 声屏障的长度的确定 为了避免端头效应影响声屏障的降噪效果，在设计时应该对声屏障的长度有一个比较合理的选定。现在国内数量不少的声屏障都存在着端头效应问题。若保护 100米的区间，则声屏障就建100米长，端头效应严重，大大降低了声屏障的声衰减效果。从效果上来看，声屏障建得越长，其端头效应会越小，声屏障的效果也就越好。但是，声屏障建得过长会造成不必要的浪费。建造怎样长度的声屏障既能保证效果，又节省投资？根据多年的设计研究实践经验，目前国内大多采取“15度夹角确定法”。其具体办法如图3-1所示： 图3-1 15夹角理论 图中，假定被保护对象长度为L，且距离声屏障的垂直距离为A，则声屏障应离保护对象的端头的距离为L的夹角为，根据工程实践取=15，则L=A/tg15=A/0.268. L=L+2L+2*（A/tg15）=L+7.46A实例中，受声区域长L=150m,A=5m,求得，L=187.34m34 位置的确定根据道路与防护对象之间的相对位置、周围的地形地貌，应选择最佳的声屏障设置位置。选择的原则或是声屏障靠近声源，或者靠近受声点，或者可利用的土坡、堤坝等障碍物等，力求以较少的工程量达到设计目标所需的声衰减。由于声屏障通常设置在道路两旁，而这些区域的地下通常埋有大量管线，故应该作详细勘察，避免造成破坏。而通常在工程实践中，声屏障一般设置在道路的路肩上，方便计算切效果较好，且节省材料。 本设计中在声屏障修建前，声源和受声点间不存在其他屏障或障碍物，同时透射声衰减也忽略为0，只考虑绕射声衰减即可。并且受声点与声源点的距离较近，因此选取路肩作为声屏障的位置，进行设计计算。 ILLd-Lt-LG8.8008.8 dB （公式3-4）3.5 方案的比选与h和Ld的确定 根据设计目标值，可以确定几组声屏障的长与高，形成多个组合方案，计算每个方案的插入损失，保留达到设计目标值的方案，并进行比选，选择最优方案。设计中的目标值为20dB。声屏障一般的高度为36m。方案一： 声屏障高度0.5m绕射声衰减的计算： 该受声点高度h1为1.2m,声源（车辆）平均高度h2为0.5m，等效频率fe为500Hz。公路宽度为22m。声屏障长度为187.34m，求的为156.9，声屏障距公路中心为11.0m，受声点距公路中心水平距离为16m。设计声屏障高度0.5m，因为遮蔽角（/）百分率为87.2%，则修正后的Ld=5.7dB方案二： 声屏障高度1.5m绕射声衰减的计算： 该受声点高度h1为1.2m,声源（车辆）平均高度h2为0.5m，等效频率fe为500Hz。公路宽度为22m。声屏障长度为187.34m，求的为156.9，声屏障距公路中心为11.0m，受声点距公路中心水平距离为16m。设计声屏障高度1.5m，因为遮蔽角（/）百分率为87.2%，则修正后的Ld=7.5dB方案三： 声屏障高度2.5m绕射声衰减的计算： 该受声点高度h1为1.2m,声源（车辆）平均高度h2为0.5m，等效频率fe为500Hz。公路宽度为22m。声屏障长度为187.34m，求的为156.9，声屏障距公路中心为11.0m，受声点距公路中心水平距离为16m。设计声屏障高度2.5m，因为遮蔽角（/）百分率为87.2%，则修正后的Ld=8.5dB方案四： 声屏障高度3.5m绕射声衰减的计算： 该受声点高度h1为1.2m,声源（车辆）平均高度h2为0.5m，等效频率fe为500Hz。公路宽度为22m。声屏障长度为187.34m，求的为156.9，声屏障距公路中心为11.0m，受声点距公路中心水平距离为16m。设计声屏障高度3.5m，因为遮蔽角（/）百分率为87.2%，则修正后的Ld=8.6dB综上所述，方案一中声屏障的长度为187.34米，高度为0.5米，声屏障绕射声衰减经修正后Ld=5.7dB。方案二中声屏障的长度为187.34米，高度为1.5米，声屏障绕射声衰减经修正后Ld=7.5dB。方案三中声屏障的长度为187.34米，高度为2.5米，声屏障绕射声衰减经修正后Ld=8.5dB。 方案四中声屏障的长度为187.34米，高度为3.5米，声屏障绕射声衰减经修正后Ld=8.6dB。由于方案三中的降噪效果相对于其他三个方案比较好，且继续增大声屏障的高度h绕射声衰减变化很小,所选择方案三。根据经验公式，H=2E(E=2.72m)，而Ld在一定范围内越大，隔音效果越好。因此，在这里，取h=2.5m,Ld=8.5db时，材料最省，经济性最好。 因此，声屏障实际插入损失IL8.5 dB20+（1015）=（2934）dB，符合设计要求。 图4-1 双层后铝板中填玻璃棉声屏障的结构设计4.3 声屏障参数综合以上，声屏障设计成直线型。隔声屏的材料选用双层1.2cm厚铝板，该钢板的面密度为31.2kg/m，符合该墙的要求，平均设10m建1个立柱，地基（防撞墙）深度为0.5m，以增加声屏障的稳定性。 表4-3 声屏障参数形状直立型材料双层1.2cm厚铝板高度2m面密度31.2kg/m3填充吸声材料超细玻璃棉5cm两立柱距离10m防撞墙深度0.5m 总 结本设计通过严密的设计计算，查阅了大量的文献资料书籍，中国知网论文，并且结合声屏障的市场投入使用现状，和公路道路的实际影响因素，本着经济耐用，生态环保的原则，经过为期2u周的课程设计，终于设计出双层铝板玻璃棉声屏障，经检验符合所需要求。在此课程设计的时期，用到许多基础理论，由于有些知识已经遗忘，这使我