（道路与铁道工程专业论文）城市道路低噪声沥青路面结构研究.pdf

婴 y 17 5 4 5 4 3 i 冱s e a r c ho nl o wn o i s ea s p h a l t r 岍m e n t so fu r b a nr o a d ad i s s e r t a t i o ns u b m i 慨dt o s o u t h e a s tu n i v e r s i 够 f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fd o c t o ro fs c i e n c e b y x u e g u o q i a n g s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rh u a n g x i a o m i n g s c h o o lo ft r a n s p o r t a t i o n s o u t h e a s tu n i v e r s 匆 d e c e m b e r2 0 0 9 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本文所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 研究生签名：日期： 墨! 兰罕! ! 兰；7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名秕导师签一日期： 摘要 城市道路低噪声沥青路面结构研究 摘要 城市道路交通噪声已经成为环境噪声污染的一个主要来源，对交通噪声的控制问题已越来越引 起人们的重视，修筑低噪声路面是降低城市道路交通噪声( 车外) 的根本途径之一。本文在对低噪 声沥青路面结构降噪机理分析的基础上，提出了双层式多空隙沥青路面结构；采用a b a q u s 有限元 软件，分析了多空隙沥青路面、小粒径沥青路面和橡胶沥青路面的降噪效果，提出了合适的路面结 构参数；通过室内外使用性能和噪声测试，验证了低噪声路面噪声分析的合理性和实际降噪效果。 本论文的研究，有望缓解日益严峻的城市交通噪声水平，还城市道路沿线居民一个相对安静的生活 环境。 首先，本文分析了轮胎路面噪声的产生机理；针对常见的纵向轮胎和横向轮胎，分析了不同车 速下的轮胎路面噪声水平；从声学模型角度分析了三种低噪声路面( 多空隙沥青路面、小粒径沥青 路面和橡胶沥青路面) 的降噪机理；结合已有路面使用状况，提出了一种新型的城市道路低噪声路 面结构一双层式多空隙沥青路面结构。 其次，结合空气介质和吸声结构的声固耦合模型，采用a b a q u s 有限元软件，对多空隙沥青 路面的吸声性能进行了数值仿真模拟，分析了不同路面结构参数( 空隙率、吸声层厚度、构造深度 和孔结构等) 水平下轮胎路面噪声的分布规律，据此提出了适宜的路面结构参数；分析了不同材料 参数( 弹性模量、材料阻抗和空气流阻等) 和环境因素( 速度等) 对路面噪声的影响规律；并通过 正交数值模拟，确定了路面噪声的主要影响因素。 分析结果表明，虽然本文提出的双层式多空隙沥青路面结构的降噪效果略低于单层式多空隙沥 青路面的降噪效果( 略低l d b ) ，但由于其具有较好的耐久性，是一种很有发展前景的低噪声路面 结构。 再次，分析了其它两种低噪声路面一小粒径沥青路面和橡胶沥青路面的降噪效果。对于小粒 径沥青路面，主要分析了集料粒径的变化对路面噪声的影响；对于橡胶沥青路面，主要分析了路面 阻尼系数对路面噪声的影响。 最后，进行了多空隙沥青混合料、小粒径沥青混合料和橡胶沥青多空隙混合料的基本路用性能 试验( 高温性能、低温性能和水稳定性能等) ；在此基础上，采用b & k 驻波管进行了多空隙沥青混 合料( 单层式和双层式) 、小粒径沥青混合料和橡胶沥青多空隙沥青混合料试件的吸声系数测试； 并进行了上述沥青路面的噪声测试和验证。 室内吸声系数测试结果和沥青路面现场噪声测试结果表明，本文采用a b a q u s 有限元软件来进 行轮胎路面噪声合理可行，分析的结论可信。 本文的研究成果，对于城市道路低噪声沥青路面结构和材料的设计、实施具有重要的借鉴作用。 关键字：低噪声沥青路面结构；噪声有限元模型；多空隙；小粒径沥青路面；橡胶沥青路面 东南大学博士学位论文 r e s e a r c ho nl o wn o i s ea s p h a l t r w e m e n tso fu r b a nr o a d a b s t r a c t t r a m cn o i s eo nu 1 b a nr o a dh a sb e c o m eam a j o rs o u r c eo fe n v i r o l l 】 i l e n t a ln o i s ep o u u t i o n t h ei s s u eo fc o n t r o l l i n g 仃a f f i cn o i s eh a sa t t r a c t e di i l c r e a s i n ga t t e n t i o n c o n s t n l c t i o no f l o w m o i s ea s p h a l tp a v e m e n ti sa ni m p o r t a n tw a yt 0r e d l l c eu r b a nr o a do u t s i d e c 2 u rt i a f ! f i cn o i i i lt t l i sp a p e r b a s e do nm e c h a n i s ma n a l y s i so fl o w n o i s e 嬲p h a hp a v e r i l e n t s ，d o u b l e 1 a y e r p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n tw a sb r o u g h tf o r w a r d ；t h e1 1 0 i s er e d l i c t i o ne 仃e c to fp o r o u sa s p h a l t p a v e m e n t ，鹊p h a hp a v e m e n tw i t hs m a l la g g r e g a t ea n dn l b b e r i z e d 嬲p h a l tp a v e m e n t 、a s r e s e a c h e db ya b a o u sf e ms o r w 踟- ea n dl o w n o i s er o a ds t n l c t u r a lp a r a l n e t e r sw e r eb r o u g h t f o r 、a r d t b r o u g l ll a b o r a l - o r ya n df i e l dp e r f 0 n n a n c et e s t sa n dn o i s et e s t s ，l er e a s o n a b i l 付o f r 1 0 i s ea 1 1 a l y s i so fl o w - n o i s e 嬲p a l l a l tp a v e m e n t 龇l df i e l de 伍- e c to fn o i s er e d u c t i o nw e r e v e r i f i e d t 1 1 r o u g h l i ss t u d y ，m ei i l c r e a s i n g l ys e r i o u su r b a n 仃射；：f i c1 1 0 i s el e v e li se x p e c t e dt 0 a l l e v i a t e ，龇l dar e l a t i v e l yq u i e tl i v i n ge r i r o m e n ta l o n gu r b a i lr o a dw o u l db ec o m e f i r s 廿y ，t i r e r o a dn o i s eg e n e r a t i o nm e c h a n i s mw a sa n a l y z e d ，t i r e 疳o a dn o i s el e v e l su n d e r d i 丘e r e n ts p e e d s 、e r ea n a l y s i z e df o rc o m m o nv e n i c a l 锄dh o r i z o n t a jt i r e s ；m e c h a i l i s mo f t 1 0 i s er e d u c t i o no ft l l r e el o w _ n o i s er o a ds u r f a c e s ( s i n 9 1 e0 fd o u b l e 1 a y e rp o r o u s 鹤p h a l t p a v e m e m ，嬲p h a l tp a v e i n e n tw 砒is m a l la g g r e 2 a t e 锄dr u b b e r i z e da l s p h a l tp a v e m e n t ) 、张r e a n a l y s i z e dw i ma c o u s t i cm o d e l ：c o n s i d e r i n gu s a 2 ec o r l d i t i o no fe ) 【i s t h l gr o a d s ，a1 1 e w 锣p eo f l o 、n o i s eu r b 觚r o a ds t r i l c t u r e ，w l l i c hi sd o u b l e 1 a y e rp o r o u s 髂p h a l tp a v e m e n t ，w 弱b r o u g h t f 0 r 、a r d s e c o n d l y ，、) l ，i t l la c o u s t i c s o l i dc o u p l e dm o d e l so fa i ra n dp o r o u ss t r c t u r e ，a c o u s t i c a b s o r p t i o np e r f o n n a n c eo fp o r o u sa s p h a l tp a v e m e n tw a sn 啪e r i c a ls i 瑚i u l a t e db yf e m s o f h 瞰ea b a o u s t h et i 砒a dn o i s ed i s t r i b u t i o nl a w sw e r ea n a l y z e du n d e rd i f f e r e n tl e v e l o fs 仃c t u r ep a r a m e t e r s ( p o r o s i 付，a b s o r p t i o nl a y e rt 量1 i c k n e s s ，t e x t u r ed e p t l la n dp o r es 协l c t u r e ， e t c 1 ，s u i t a b l ed a r 锄e t e r so f 、v e r em a d e ：t h ee f f e c t so fd i f j i e r e n tm a t e r i a lp a r 锄t e r s ( s u c h 嬲e 1 嬲t i cm o d u l u s ，m 砷巳r i a lr e s i s t a n c ea n da i rf l o wr e s i s t 眦c e ) 砒l de n v 证o m n e n t a lf - a c t o r s ( s u c ha sv e l l i c l es p e e d ) o nt i r e r o a dn o i s ew e r ea 1 1 ai y i s e ；a n dm a j nf 如t o r sw t l i c ha f f i e c t s t i r c r o a dn o i s e 、e r ed e t e n i l i i l e db yo n h o g o n a ln u m e r i c a ls i m u l a t i o n t h e s e 孤1 a l y s e ss h o 、v e dt b a t ，t l l o u g hn o i s er e d u c t i o ne f i e c to fd o u b l e 1 a y e rp o r o u sa s p h a l t p a v e i n e n tw a u sl o w e rt b a nt l l a to fs i n g l e 1 a y e rp o r o u sa s p h a l tp a v e m e m ，w l l i c hi sa _ b o u t1d b ， b u ti tw 嬲ap e r s d e c t i v el o w - n o i s ea s p h a l tp a v e m e mw i mg o o dd l l r a b i l i 付 t l l i r d l y ，t 1 1 en o i s er e d u c t i o ne f l f e c t so ft w oo t h e rl o w n o i s e 嬲p h a l tp a v e m e n t s ，i n c l u d i i l g a s p h a l tp a v e m e n t 、航ms m a l la g g r e g a t ea n d r u b b e r i z e da s p h a l tp a v e i n e n t 、e r ea m l y s i s f o r m ef 1 0 加鸲r 弱p h a hp a v e m e m ，t l l ei m p a c to fc h a n g e si 1 1a g g r e g a t es i z eo nr o a dn o i s ew 私 锄a l y s i s ：f - o r 吐圮l a t t e ra s p h a j tp a v e m e n t ，t l l ei m p a c to fr o a dd a l n p i n go nr o a d1 1 0 i s ew 淞 锄a l y s i s f i i l a u y ，t l l eb a s i cr o a dp e r f o 珊a n c e ( h i g h t e m p e r a 帆l r ep i ：r f o n n a n c e ，l o w q e m p e 均n l r e p e r f - o n n a n c ea u l dw a t e r 鼬i l i 何，e t c ) w a st e s t e df - o rt l l ep o r o u sa s p h a l tm i x t u ：r e ( s i n g l e 1 a y c r 四p e ) ，s m l ls i z ea s p h a l tn l i x 眦a n dp o r o u sm b b e r i z e da s p h a l ti i l i x t u r e ；a i l dt l l e na b s o r p t i o n c o e m c i e n t so fp o r o u sa s p h a l ti i l i x t i l r e ( s i n g l ea 1 1 dd o u b l e 1 a y e r 付p e ) ，s m a l ls i z e 嬲p h a l t m i x t u r ea r l dp o r o u sr u b b e r i z e da s p h a l ti i l i x t u r es p e c i n l e n 、e r et e s t e du s i n gb & ki i i l p e 蛐e 缸f b e ：觚d 仕屺r l o i s et e s t so fl o 、- n o i s ea s p h a l tp a v e m e n t sw e r ev e r i f i e d 1 1 i h e s er e s u l t so f1 a b o r a t o 巧a b s o 印t i o nc o e 伍c i e n t sa n df i l e da s p h a l tp a c e m e n tn o i s et e s t s ? n o 、e dt l l a t ，l t 、阮sf e 硒i b l ef o ru s i l l gf e m s o f l w a r ea b a q u st 0a i l a l y s i st i r e r o a dn o i s e 锄d n sc o n c l u s i o n 、a sr e l i a b l e i h er e s e a r c hr e s u l t so f “sp a p e rc 觚g i v ei m p o r t 锄tr e f e r e n c ef o rs t r u c t u r e m t e r i a l d e s l g na u l dc o n s t n l c t i o no fu r b a l ll o w - n o i s ea u s p h a l tp a v e m e n t s a s p h a l t 东南大学博士学位论文 摘要 a b s t r a c t 。 第l 章绪论。 目录 i i 1 1 立题的背景和意义l 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 路面噪声研究进展3 1 2 2 低噪声路面结构5 1 2 3 噪声控制的规范9 1 3 论文的主要研究内容和技术路线1 0 第2 章 低噪声路面降噪机理和新结构。 1 2 2 1 轮胎路面噪声产生机理分析1 2 2 1 1 噪声类别1 2 2 1 2 噪声产生机理1 3 2 2 不同轮胎对路面噪声的影响分析1 5 2 2 1 轮胎噪声研究背景。1 5 2 2 2 不同花纹轮胎的特点1 6 2 2 3 有限元模型的建立1 7 2 2 4 不同花纹轮胎下噪声2 0 2 2 5 车外噪声随速度变化分析一2 3 2 2 6 车外噪声随胎压变化分析2 5 2 3 低噪声路面降噪机理分析2 6 2 3 1 多空隙沥青路面一2 6 2 3 2 小粒径沥青路面2 6 2 3 3 橡胶沥青路面2 7 2 4新城市道路低噪声路面结构的提出3l 2 5 本章小结3l 第3 章多空隙沥青路面结构降噪分析 3 1 多空隙沥青路面噪声有限元模型的建立3 3 3 1 1理论模型3 3 3 1 2 轮胎路面噪声的影响因素3 4 3 1 3 噪声有限元模型的建立一3 5 3 2 降噪效果随影响参数变化分析3 6 3 2 1 路面结构参数3 6 3 2 2材料参数4 6 3 2 3 环境因素4 9 3 3 多参数轮胎路面噪声正交试验分析5l 3 3 1 正交试验5 2 3 3 2 噪声影响参数的显著性分析5 4 3 4 d 、右5 6 第4 章小粒径沥青路面和橡胶沥青路面降噪模拟 4 1 小粒径沥青路面降噪效果模拟5 7 4 1 1 概述5 7 4 1 2集料粒径5 8 4 1 3 构造深度6 0 i v 目录 4 1 4 速度6 0 4 1 5 正交模拟分析6l 橡胶沥青路面降噪效果模拟6 2 4 2 1 硐既i 盎6 2 4 2 2 橡胶阻尼6 2 4 2 3 弹性模量6 4 4 2 4 密度6 5 4 3 第5 章 5 1 本章小结6 5 沥青混合料性能试验和现场噪声测试 室内基本性能试验6 7 5 1 1 多空隙沥青混合料6 7 5 1 2 小粒径沥青混合料6 9 5 1 3 橡胶沥青多空隙沥青混合料7 0 5 1 4 基本性能试验7 l 5 2 室内吸声系数测试7 2 5 2 1试件的准备7 2 5 2 2 试验测试仪器及测试步骤7 3 5 2 3 测试结果的分析7 5 5 3 路面噪声测试。7 8 5 3 1 多空隙沥青路面7 8 5 3 2 小粒径沥青路面7 9 5 3 3 橡胶沥青多空隙沥青路面8 l 5 4 本章小结8 2 第6 章结论与建议。 6 1 主要结论8 4 6 2 主要创新点8 4 6 3 进一步研究的问题。8 5 参考文献。 致谢 作者简介 秽 ，二 矧。 v 8 6 8 9 9 0 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 立题的背景和意义 近年来，我国城市快速路的发展非常迅速，汽车数量成倍增长，人们的出行日益便捷，货物运 输效益也得到了大幅提高，地区经济得到了飞速发展，但伴随而来的是，原先宁静的工作、生活和 生产环境已不复存在，代之的是嘈杂、刺耳的交通噪声。 噪声被定义为使人感到烦躁不安，影响人们的正常工作和健康的声音。2 0 世纪7 0 年代，噪声污 染己被称为世界第三大环境公割1 1 。人们在生活环境中会听到从弱到强很宽范围的声音，人耳听觉 的可听声频率范围为2 0 h z 2 0 0 0 0 h z ，其对应的声压为2 o 1 0 4 p a 2 0 p a ，对于强弱变化范围如此之 宽的声音，直接用声压的绝对值来量度声音的大小很不方便，但用对数量度却可以突出数量级的变 化。同时，人耳对声音的响应并不是正比于声音强度的平均值，而更近于正比其对数值，因此，在 声学中普遍使用对数来量度声压，称为声压级，单位用分贝( d b ) 来表示【2 j 。 声压级用l 。表示，其定义为待测声压的有效值p 。与参考声压p o 的比值取以1 0 为底的常用对数， 再乘以2 0 ，单位为d b ，即 三p = 2 0 l g ( e 异) ( 1 1 ) 在空气中，参考声压p o 规定为2 0 牛l o - 5 p a ，这个数值是正常人耳对1 0 0 0 h z 声音刚刚能够感觉到的 最低声压值，也就是l 0 0 0 h z 声音的可听声压，即听阈声压，听阈的声压级为零分贝。人耳从可听阈 的2 o 1 0 4 p a 的声压到痛阈的2 0 p a ，两者相差1 0 0 万倍，而用声压级来表示则变化范围为0 1 2 0 d b ， 使声音的量度大为简明，声压值变化1 0 倍相当于声压级增加2 0 d b ：声压值变化1 0 0 倍，相当于声压级 增加4 0 d b 。一个声音比另一个声音的声压大一倍时，声压级增加6 d b ，一般人耳对于声音强弱的分 辨能力约为0 5 d b 。 “ 交通噪声一般是6 0 d b 8 0 d b ( a ) 的中等强度噪声。而入耳刚好能分辨的声音强度为0 d b ( a ) ，当声 音强度达到5 0 d b ( a ) 以上时，开始影响脑力劳动，8 0 d b 9 0 d b ( a ) 时将明显影响工作，谈话较吃力。 噪声的危害主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 损伤听力：噪声会造成耳聋，如长期在9 0 d b ( a ) 噪声级条件下，耳聋发病率为2 l ，在8 0 d b ( a ) 的条件下，耳聋发病率为1 0 。 ( 2 ) 影响睡眠和休息：良好的睡眠是保证人体健康的重要因素，但噪声会影响人的睡眠，一般 情况下，4 0 d b ( a ) 的连续噪声可使l o 的人受到影响，而其突然性的噪声可使1 0 的人惊醒；7 0 d b ( a ) 的连续噪声可使5 0 的人受到影响；6 0 d b ( a ) 的突然噪声可使7 0 的人惊醒。 ( 3 ) 干扰交谈、思考和通讯：如噪声声级和谈话声相近，正常谈话就会受到干扰；若再增大 1 0 d b ( a ) ，谈话就难以听见；如为6 0 d b ( a ) 以上的噪声，两人谈话的距离必需小于7 0 锄，此时打电话 则会感到团难。另外噪声使人精神难以集中、反应迟钝、无法思考问题。 ( 4 ) 引起人的生理、心理失调：实验证明，噪声会引起人体紧张的反应，使肾上腺素增加，进 而可能会引起心率改变和血压升高。噪声能引起失眠、疲劳、头晕、头痛、记忆力衰退等，另外噪 声还会使人烦恼、易怒，甚至失去理智。交通噪声危害之大，完全超过原来一般的想象和估计，可 以说它是一个不折不扣的隐形杀手，据国外统计，一个不到百万人口的城市，每年有数百人直接或 间接的因受噪声的影响而死亡。 ( 5 ) 影响土地价格：道路噪声每升高l d b ，土地价格就会下降0 0 8 一1 2 6 ，平均降低o 9 左 右。 我国城市交通噪声占整个城市噪声的比例长期位于2 0 以上( 表1 1 ) ，同时噪声级别高，严重 干扰了城市道路沿线单位、学校和居民区的正常生活秩序。城市交通噪声对人的影响极为广泛，已 成为危害人类生活环境的公害。由于交通运输噪声的影响范围广，干扰时问长，随着机动车辆数的 日益增多，其影响程度将日趋严重，成为城市环境公害之一。而且在交通噪声中，道路噪声对人们 影响最大且占的比例最大( 约8 0 ) p j 。因此，可以认为道路交通噪声是城市环境噪声的主要噪声源。 交通噪声按照受众的不同，可以分为车外交通噪声( 道路沿线区民) 和车内交通噪声( 车内驾 乘人员) ，这两种交通噪声对于不同的路面结构是不同的( 图1 1 ) 。对于高速公路而言，公路沿线 的居民区距离高速公路一般超过5 0 m 以上，交通噪声的影响较小；而对于城市道路( 尤其是城市高 架、主干路) 而言，道路沿线的居民区距离城市道路的距离大多在2 0 m 5 0 m 范围内，交通噪声对于 东南大学博士学位论文 城市居民的生产和生活具有重要影响。为此，本文主要研究城市低噪声路面结构的车外噪声问题。 在本文的后续章节中，除非特别注明，噪声均指车外交通噪声。 表1 11 9 9 6 2 0 0 2 年江苏省城市噪声源构成状况 交通噪声 工业噪声施工噪声 生活噪声 其它噪声 年度 构成比 l e q 构成比 l e q 构成比l e q构成比l e q构成比l e q ( ) ( d b ) ( ) ( d b ) ( ) ( d b ) ( ) ( d b ) ( ) ( d b ) 1 9 9 6 2 2 66 3 79 05 8 1 4 85 9 84 2 95 4 62 0 75 4 5 1 9 9 7 2 0 3 6 2 o1 1 25 8 o2 55 9 25 1 65 3 91 4 55 4 4 1 9 9 82 0 16 0 88 - 35 8 72 o5 6 75 2 95 4 21 6 75 4 6 1 9 9 91 9 16 1 18 35 7 01 95 7 25 4 15 4 41 6 75 4 2 2 0 0 02 1 05 8 71 0 15 5 84 85 6 14 7 55 4 71 6 65 3 9 2 0 0 l2 1 85 8 81 0 25 5 81 95 7 74 8 45 4 o1 7 85 3 5 2 0 0 2 2 1 15 8 21 1 75 5 63 95 7 04 7 15 4 81 6 35 3 1 均值 2 0 86 0 59 85 7 03 15 7 74 9 25 4 41 7 o5 4 0 9 0 8 0 7 0 曲 屯 、，6 0 韫 眯5 0 4 0 3 0 加8 0l 车速( k m ，h ) 图1 1 不同沥青路面上车内外噪音的对比 1 9 7 01 9 7 51 o1 粥51 9 1 孵52 ( x d2 d 图1 2 欧盟对各种车辆噪声的限值( e e c ，1 9 9 2 ，s t e n s c h k e ，2 0 0 3 ) 为了减少城市交通噪声带来的危害，世界各国都采取了各种积极应对措施，其中欧盟对各种车 辆噪声的限值见图1 2 【4 】，这些措施可以分为两大类：一类是限制噪声传播的措施，如声屏障、绿化， 另一类是抑制噪声源的措施，如低噪声路面。这些措施的降噪效果及优缺点如表1 2 所示。 国内外研究学者一致认为，采用抑制噪声源的措施是解决城市噪声的根本途径之一，其中低噪 声沥青路面引起了十分广泛的兴趣和重视。2 0 世纪7 0 年代以来，国际上研究和发展的一种多空隙 沥青路面( p o r o u s a s p h a l t ) ，具有明显的吸收轮胎路面噪声的功能，其结构形式如图1 3 所示。由于 这种路面空隙大，路表水可以通过内部空隙排出路外，故又被称为透水( 或排水) 沥青路而( d r a i n a g e a s p h a l t ) 。它是在普通的沥青路面或水泥混凝土路面上铺筑一层具有很高空隙率的沥青混合料，其空 隙率通常在1 5 2 5 之间，有的甚至高达3 0 。与普通的沥青混凝土路面相比，此种路面可降低 2 第l 章绪论 噪声3 d b 8 d b 。因此，采用这种路面是降低道路噪声、保护环境的一项重要措施。 表1 2 道路交通噪声污染控制技术比较 种类特点适用范围降噪效果 优点 缺点 声屏障在路桥与敏感建筑适用于现有和拟噪声衰减i 阻止直达声的传出于城市景观协 物受声点之间设置建城市道路、高架2 2 d b ( a ) 。采用全播，隔离透射声，调及建筑安全考 的由密实材料构成路等具备安装声封闭或半封闭声对绕过屏障边缘虑，声屏障高度不 的声学障板屏障条件的路段屏障，封闭部分噪的衍射声有明显宜超过6 m ，对6 声衰减可高达衰减，对两侧低层楼以上楼层和大 2 2 d b ( a )建筑和小尺寸声 尺寸声源效果较 源效果明显差 绿化降利用植物的声吸收适用于城市快速 4 1 0 0 m 不同树种景观优美的绿地，占地面积大，需足 噪 和反射效应，通过道路两侧较宽阔配置林带，插入损降噪减污，对高频够的宽度才能产 乔、灌、草科学配置 的环境，在城市中 失l l o d b ( a ) 噪声吸收效果好生明显的效果，造 构筑绿色声屏障 心地带可以声屏价和养护费用较 障组合适用 高 低噪声 利用路面的结构深适用于城市所有降噪置在3 行车平稳，噪音路面造价和养护 路面度和空隙吸收噪声，快速路、高架路桥 8 d b ( a ) 的范围低，抗滑性能好、费j | j 较高，多孔材 并通过路面纹理反路面 安全料易出现“风沙堵 射，减少轮胎与路面 孔”和冻融等问题 摩擦噪声 图1 3多孔排水沥青路面结构形式 这种多空隙沥青路面的初期降噪效果很好，但随着飞尘、细料逐步阻塞原有的空隙，其降噪效 果将大打折扣( 图1 4 ) ；同时这种路面结构容易产生松散和冻融问题，虽然可以采用高粘度沥青来 解决这一问题，但对于降噪性能下降的问题并没有很好的解决方法。 8 3 眩 蓍： 宅7 9 磊7 8 j 翼 7 5 7 4 吖t 匕= h 哆一一- ， 彦 r 么 4 3 0 0 r m i n 9 79 5 车 柴油1 0 09 8 中型客车、货车、 汽油9 79 5 大型客车 柴油 1 0 31 0 l n 1 4 7 k w 1 0 l 9 9 重型货车 n 1 4 7 k w1 0 51 0 3 适用范围：本标准适用于城市道路允许行驶的在用汽车噪声限值。n r 为汽车转速；n 为汽车牵引功率。 值得注意的是，上述噪声的研究中主要针对轮胎本身构造( 如轮胎花纹、轮胎材料等) 对轮胎 噪声的影响，而对路面结构的因素( 如空隙率、孔结构、构造深度、表面纹理和厚度等) 对轮胎路 面噪声的研究鲜有论及，当然更谈不上对路面结构因素进行优化以降低路面噪音了。总之，就目前 国内外城市道路沥青路面的研究而言，还没有提出一种同时具有良好使用性能和降噪效果的城市道 路沥青路面结构；还没有提出一个合理的轮胎路面噪声分析模型；还没有针对轮胎路面噪声，对路 面结构参数提出一个优化方案。 1 3 论文的主要研究内容和技术路线 城市道路交通噪声已经成为环境噪声污染的一个主要来源，对交通噪声的控制问题已越来越引 起人们的重视，修筑低噪声路面是降低城市道路交通噪声的根本途径之一。本文在对低噪声沥青路 面结构降噪机理分析的基础上，提出同时具有良好使用性能和降噪效果的新犁城市道路沥青路面结 构；采用a b a q u s 有限元软件，分析多空隙沥青路面、小粒径沥青路面和橡胶沥青路面的降噪效果， 并提出合适的路面结构参数；通过室内外使用性能和噪声测试，验证低噪声路面噪声分析的合理性 和实际降噪效果。其中新型城市道路沥青路面结构的提出和结构参数的模拟分析是本文研究的重点 问题。本文的研究内容和技术路线，可用图1 1 3 表示： ( 1 ) 低噪声路面降噪机理和新结构 分析轮胎路面噪声的产生机理；针对常见的纵向轮胎和横向轮胎，分析不同车速下的轮胎路面 噪声水平；从声学模型角度分析三种低噪声路面( 多空隙沥青路面、小粒径沥青路面和橡胶沥青路 面) 的降噪机理；结合已有路面使用状况，提出新型的城市道路低噪声路面结构。 ( 2 ) 多空隙沥青路面结构降噪分析 应用空气介质和吸声结构的声固耦合模型，通过a b a q u s 有限元软件，对多空隙沥青路而的 吸声性能进行数值仿真模拟，分析不同路面结构参数( 空隙率、吸声层厚度、构造深度和孔结构等) 水平下轮胎路面噪声的分布规律，据此提出适宜的路面结构参数；分析不同材料参数( 弹性模量、 材料阻抗和空气流阻等) 和环境参数( 速度等) 对路面噪声的影响规律；并通过正交数值模拟，确 定路面噪声的主要影响因素。 ( 3 ) 小粒径沥青路面和橡胶沥青路面降噪模拟 采用有限元软件分析其它两种低噪声路面小粒径沥青路面和橡胶沥青路面的降噪效果。对 于小粒径沥青路面，主要分析集料粒径的变化对路面噪声的影响；对于橡胶沥青路面，主要分析路 面阻尼系数对路面噪声的影响。 ( 4 ) 沥青混合料性能试验和现场噪声测试 进行多空隙沥青混合料( 单层式) 、小粒径沥青混合料和橡胶沥青多空隙混合料的基本路用性 能试验( 高温性能、低温性能和水稳定性能等) ；在此基础上，采用b & k 驻波管进行多空隙沥青混 l o 一 笙! 童堑丝 一一 - _ _ _ - _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ l l - _ _ 一一 合料( 单层式和双层式) 、小粒径沥青混合料和橡胶沥青多空隙沥青混合料试件的吸声系数测试； 并进行上述沥青路面结构的噪声测试和验证- 沥青混合料性能试验 和现场噪声测试 图1 1 3 本文的研究内容和技术路线 东南大学博士学位论文 第2 章低噪声路面降噪机理和新结构 为了减少轮胎路面噪声，国内外主要从两个方面进行了降噪措施研究：一方面，各主要汽车制 造商进行了发动机噪声的控制、低噪声轮胎等的研发，使得汽车整体系统本身的噪声水平得以大幅 降低；另一方面，世界各国尤其是欧洲各国的道路研究者进行了声屏障、低噪声路面等的研究，进 一步降低了轮胎路面噪声的水平。这些低噪声路面町以分为：多空隙沥青路面、小粒径沥青路面和 橡胶沥青路面，每种路面均具有不同的降噪性能特点。 路面实际使用表明，多空隙沥青路面的降噪效果会随着使用年限的增加而逐渐衰减，有效降噪 年限般为3 5 年，主要是由于其空隙被杂物阻塞，同时由于其空隙率较大( 一般为2 0 左右) ，容 易发生松散现象；小粒径沥青路面和橡胶沥青路面的降噪效果和使用性能衰减较慢，一般不会发生 多空隙沥青路面的阻孔现象和松散现象。从目前的降噪效果而言，多空隙沥青路面的初期降噪效果 是最好的，因此有必要提出一种降噪效果衰减慢、使用性能好的新型低噪声路面结构。 车辆的轮胎特征( 横向花纹、纵向花纹等) 对轮胎路面噪声具有不同的影响。本章分析了轮胎 路面噪声的产生机理；针对常见的纵向轮胎和横向轮胎，分析了不同车速下的轮胎路面噪声水平； 从声学模型角度分析了三种低噪声路面( 多空隙沥青路面、小粒径沥青路面和橡胶沥青路面) 的降 噪机理：结合已有路面使用状况，提出了一种新型的城市道路低噪声路面结构。 2 1 轮胎路面噪声产生机理分析 2 1 1 噪声类别 在各种交通噪声中，居民对汽车噪声的抱怨最多。汽车噪声大致可以分成：( 1 ) 动力系统的噪 声，即发动机噪声、进排气噪声、风扇及传动机构的噪声等；