道路交通噪声与污染控制

第三章道路交通噪声振动污染与控制 第一节声学的基本知识 第二节噪声振动的危害 第三节车辆噪声 第四节道路噪声预测 第五节道路交通噪声振动污染控制 第一节声学的基本知识 一 噪声与噪声源 二 噪声振动的计量 三 噪声振动的主观评价及容许标准 四 声音的传播 一 噪声与噪声源 噪声的概念 噪声源 环境噪声 凡是使人烦躁不安 对人体有害 人们所不需要的声音统称为噪声 正在发出声音的振动物体称为声源 发出噪声的振动物体称为噪声源 环境噪声是户外各种噪声的总称 按照声源类别可将环境噪声分为 交通噪声 工业噪声 施工噪声 生活噪声及其他噪声5种 几种声源的声功率 二 噪声的计量 一 计量声音的物理量 1声功率 声源在单位时间内辐射的总声能量称为声功率 声功率通常用W表示 单位为瓦 W 只与声源本身有关 2声强 声场中 在垂直声波传播方向上 单位时间内通过单位面积的声能称为声强 声强通常用I表示 单位为瓦 米2 W m2 某点处的声强与距声源的距离有关 公式 3声压 某一瞬间介质中的压强相对于无声波时压强的改变量称为声压 声压通常用P表示 单位为帕 Pa 4声强与声压的关系 在自由声场中 某处的声强与该处声压的平方成正比 与空气的密度和声速的乘积成反比 公式 式中 二 计量振动的物理量 1速度 2加速度 3位移 振动的圆频率 对于道路交通振动 其振动频率 f 由车辆的固有频率和路面凹凸不平产生的综合作用 其中由路面的凹凸不平产生的振动占主要地位 三 声级 1分贝数 分贝是表示两个量Q和Q0 参考量 相对关系的单位 用dB来表示 其定义式为 公式 声功率级 声强级 声压级 2声级之间的关系 声强级和声压级 声强级和声功率级 3声压级的叠加 假设一个声源产生的声压级为70dB 那么两个同样的点声源产生的声压级是多少 对于单个点声源 对于第二个声源 两个声源联合作用 若两个声源相同 思考 若n个声源相同 测得某机器的噪声频带声压级如下表所示 计算其总声压级 例题 4噪声的频谱 噪声测量中 常用的频程是1倍频程或1 3倍频程 倍频程是对频率作相对比较的单位 两个频之间的相距频程倍数n由下式决定 或 式中 四 振动加速度级 加速度与基准加速度之比值以10为底的对数乘以20 记为VAL 单位为分贝 表达式为 加速度的有效值 m s2 三 噪声振动的主观评价及容许标准 一 噪声的主观评价 1响度级 选取100HZ纯音作为基准音 凡是和该基准音一样响的声音 不论其声压级和频率是多少 它的响度级将等于该纯音的声压级 单位 方 Phon 某噪声的频率为3000HZ 声压级为90dB 主观感觉与1000HZ纯音声压级为100dB时一样响 该噪声的响度级是多少 思考 判断 1 在纯音等响曲线图中 对1000Hz的纯音 响度级与声压级相等 2 在声压级较低时 频率越小 声压级与响度级相差越大 思考 1 在声压级较高时 为什么等响曲线随频率变化平缓 2计权声级 经过计权网络测得的声级称为计权声级 A网络曲线近似于响度级为40phon等响曲线的倒置 A声级 B网络曲线近似于响度级为70phon等响曲线的倒置 B声级 C网络曲线近似于响度级为100phon等响曲线的倒置 C声级 3等效声级 当噪声的A声级随时间起伏变化时 需用按能量法则算出的平均A声级 简称等效声级 记为LAeq 单位dB 当噪声的A声级才用等时间间隔测定时 当噪声随时间呈阶段性变化时 4昼夜等效声级 因噪声在夜间比昼间对人干扰更大 为了考虑这种因素 提出昼夜等效声级作为评价量 记为Ldn 单位dB 5统计声级 统计噪声级是指某点噪声级有较大的波动时 用于描述该点噪声随时间变化状况的统计物理量 一般用L10 L50 L90表示 L10 在取样时间内10 的时间超过的噪声级 峰值 L50 在取样时间内50 的时间超过的噪声级 中值 L90 在取样时间内90 的时间超过的噪声级 低值 统计声级与等效声级的关系 6噪声污染级 二 振动的主观评价 1等效连续振级 VLeq 瞬时加速度的有效值 m s2 测量时间 s 2统计振级 VLn 三 噪声振动的容许标准 噪声容许标准是指规定噪声级不宜或不得超过限制值 最大容许值 1听力保护与健康保护噪声标准 2城市区域环境噪声标准 3民用建筑噪声标准 4机动车噪声标准 5建筑施工场界噪声标准 6城市区域环境振动标准 四 声音的传播 一 声波的散射 1对于自由声场的点声源 2对于半自由声场的点声源 3对于自由声场的线声源 声压随距离的增加而减小主要是由于声波的散射 点声源以球面向外散播 线声源以柱面向外散播 参照点距噪声源的距离 m 接受点距噪声源的距离 m 噪声在空气中传播时 由于波阵面随传播距离而扩张 使声压相应衰减 声压衰减量见下式 二 声压随传播距离的衰减 由空气吸收产生的衰减量可表示为 空气的声压级衰减系数 三 空气对声波的吸收 1经典吸收 由空气的粘滞性 热传导及空气分子转动驰豫等因素产生的声能量损耗 2分子吸收 由空气中氯分子和氮分子振动驰豫产生的声能量损耗 与空气的温度 湿度及声波的频率有关 噪声的频率 HZ 噪声在草地或灌木丛上的传播距离 m 经验公式估算 与地面覆盖物有关的衰减因子 四 地面吸收的附加衰减 在自由声场条件下 如距噪声源r0 参照点 处的声压L0 则距离r 接受点 处的声压级LP为 第三节车辆噪声 一 车辆噪声的构成 二 车辆噪声的测量 三 车辆噪声的强度 四 车辆噪声的频率 一 一 车辆噪声的构成 动力噪声 轮胎噪声 燃烧噪声 进气和排气噪声 风扇运转噪声 机械噪声 二 车辆噪声的测量 一 行驶噪声测量 二 轮胎噪声测量 国际上轮胎噪声测量方法有轮胎实验法 拖拉法 滑行法 滑行法的测量场地布置及要求与行驶噪声测量相同 测量时 将车辆加速至某一测速驶入测量区后立即关闭发动机 车辆在惯性作用下滑行通过测点时两侧声级记录下噪声级和频谱 同时测量测速 滑行法 小型车 大型车 中型车 沥青混凝土路面 水泥混凝土路面 三 车辆噪声的强度 一 行驶噪声强度及影响因素 1行驶噪声强度 经测量 在距行车线7 5m 参照点 处的平均噪声级与车速 V 之间关系式 1行驶噪声强度的影响因素 载重量 路面材料 路面粗糙度 路面平整度 路面纵坡 影响因素 二 轮胎噪声强度 小型车 大型车 中型车 沥青混凝土路面 水泥混凝土路面 二 轮胎噪声强度 四 车辆噪声的频率 车辆噪声的频率分布 小型车的噪声以高频声为主 中 大型车的噪声以中低频声为主 水泥砼路面上的噪声频率比沥青路面的高 第四节道路交通噪声的预测 一 公路交通噪声预测 二 城市道路交通噪声预测 一 公路交通噪声预测 A B dx 公路交通噪声预测模型推导示意图 某高速公路上昼间小时交通量为 小型车700Veh h 中型车280Veh h 大型车200Veh h 各类车的车速分别为 小型车100km h 中型车80km h 大型车65km h 公路路面为沥青砼 公路与预测点之间无障碍物 忽略地面吸收附加衰减 例题1 试计算距车行线100m处的等效声级 例题2 如下图所示 某交通噪声预测点被两个路段环绕 预测点对路段的张角如图所示 计算预测点处的噪声级 忽略地面吸收附加衰减 城市交通干道车辆辐射的噪声被路面及两侧建筑物等界面的反射 使街道形成了非封闭的混响声场 声场中任一点的噪声有汽车辐射直接到达的噪声成为直达噪声 经界面反射到达的噪声称为混响噪声 城市街道声场中的声能量由直达声能量 ID 和混响声能量 IR 两部分构成 二 城市道路交通噪声预测 一 城市街道声场 1直达声的等效声级 车流的声功率级 二 城市街道交通噪声预测模式 由此 街道上混合车流辐射的平均功率按下式计算 直达声等效声级计算式 假定街道上的车流为不连续的线声源 车流辐射直达声的等效声级计算式为 2混响声等效声级 车流的声功率级 街道内混响声级的大小与车流的声功率 街道宽度及界面对声波的吸收性能有关 由于街道对声波的吸收系数很难确定 因此 混响声的等效声级采用下式估算 3城市街道交通噪声预测模型 据等效行车线r处的等效声级 是该处直达声等效声级与混响声等效声级的叠加 即 第五节道路交通噪声振动污染防治 一 噪声控制的原则与步骤 二 道路交通噪声控制措施 四 道路声屏障设计 五 低噪声路面 三 道路交通振动控制措施 一 噪声控制的原则与步骤 一 噪声控制的原则 声源辐射 传播途径 接受者 噪声的传播过程 噪声的控制原则 降低噪声源辐射 控制噪声传播途径 接受者防护 二 噪声控制的步骤 调查噪声源现状 测定噪声级 确定噪声标准 根据使用要求与噪声现状 确定可能达到的噪声标准及所需降低的噪声级 选择控制措施方案 通过必要的设计与计算 同时考虑其技术 经济可行性 确定控制方案 二 道路交通噪声控制措施 一 噪声控制法规 实施噪声控制的保障与依据 中华人民共和国环境噪声污染防治条例 二 规划降噪 交通干线应避免穿越城市市区和乡镇的中心区 城市道路两侧应布置商业 办公等建筑 以起到声障作用 交通干道与学校 住宅 医院之间设置绿地或非敏感性建筑 三 交通噪声控制措施 1控制路线据环境敏感点的距离 2合理利用障碍物对噪声传播的附加衰减 利用土丘 山冈降低噪声 利用路堑边坡降低噪声 利用构筑物或建筑物降低噪声 利用林带降低噪声 改善城市道路设施 使快 慢车和行人各行其道 不仅改善了行车条件 而且使道路交通噪声降低 三 道路交通振动控制措施 1 控制道路与敏感点的距离 2 降低道路交通振动强度提高和改善路面平整度研究采用有橡胶树脂的沥青砼防振路面 3 防振沟 防振沟是在振动源与保护目标之间挖一道沟 以隔离地面振动的传播 所以又叫隔振沟 一般防振沟的宽度应大于60cm 沟深应为地面波波长的1 4 因此防振沟深度应该在被保护建筑物基础深度的两倍以上 四 道路声屏障设计 一 声屏障噪声衰减量计算 1无限长声屏障噪声衰减量计算 声屏障的噪声附加衰减量 接受点在声屏障建造前后噪声级的差值 计算公式 2有限长声屏障噪声衰减量计算 二 声屏障的声学设计 1设计噪声衰减量 设计噪声衰减量 接受点处的道路交通噪声级 实测值或预测值 与期望环境噪声级之差 期望环境噪声级 由环境噪声容许标准和背景值确定 当容许标准 背景值时期望环境噪声级 容许标准 当容许标准 背景值时期望环境噪声级 背景值 2声屏障的位置 声屏障越接近声源 或接受点 其噪声衰减量越大 通常将声屏障建于靠近路侧 为了行车安全和道路景观 声屏障中心线距路肩缘应不小于2米 美国规定 声屏障距行车道边的最小距离 包括路肩 约为9米 3设计接受点 声屏障设计接受点应设在建筑群中受噪声袭击最大或噪声敏感性最大的建筑处 4声屏障的高度 当声屏障的位置确定后 它与接受点 声源三者之间的相对距离及高差便确定 根据确定的设计噪声衰减量计算声屏障的高度 为了降低声屏障的风荷载 声屏障的高度不宜超过5米 如果超过5米时可将声屏障的上部做成折形或弧形 将端部伸向道路 以使更接近声源 5声屏障的长度 声屏障的长度应大于其保护对象沿道路方向的长度 同时根据保护对象的性质 规模和声屏障的造价等 综合确定声屏障的长度 三 声屏障构造设计 2声屏障的隔声量 声屏障壁体的隔声量至少应比设计噪声衰减量大10dB 即 2声屏障的构造设计 声屏障的材料构造直接影响其技术性能 造价及寿命等 是声屏障设计的关键之一 声屏障的构造因材料不同而各异 归纳起来有三类 砌块类型 板体类型 生物类型 声屏障的构造 四 声屏障结构设计 声屏障的荷载以风荷载和自重为主 必要时考虑冰雪载及侧向土压力等 结构形式上属于悬臂结构 为了安全 结构设计时还应考虑防撞击的措施 以吸声为主弧型声屏障 降噪效果特别好 吸声和隔声混合型上 下吸声 中间隔声 整个形状呈弧形 特点是既美观 降噪效果又好 隔声型声屏障 整体采用透明反射型隔声板 外框为铝合金材料 特点是为乘客和居民提供一个开阔的视野 直平形声屏障吸声和隔声混合型声屏障 整体形状平直 而上部吸声板呈孤形 可更有效地控制声音通过屏体上部的绕射 中间以连续的框架结构为主体 加以玻璃玲珑通透的质感 形成开阔的视觉空间 直平形声屏障吸声和隔声混合型的一种 特点是透明反射型隔声板在其上部 形成独特的风格 直平形声屏障吸声为主的声屏障 注重吸声效果 同时其背板也具有一定的隔声作用 五 低噪声路面 一 低噪声路面的机理及效益 1轮胎噪声的物理现象 轮胎与路面接触噪声的大小不仅与轮胎本身有关 更主要取决于路面表面特性 概括为三方面 冲击噪声 气泵噪声 附着噪声 轮胎噪声的物理现象 2低噪声路面的机理 为了行