2019城市轨道交通桥梁结构噪声讲座

1、O田潘+、母TONGJI UNIVERSITY桥梁工程的发展趋势讲座报告（六）浅谈城市轨道交通桥梁结构噪声姓 名：毛文浩学 号：1232709所在院系：土木工程专业领域：建筑与土木工程班 级：2012级硕士桥梁2班授课教师：吴定俊二0一二年十一月十一日浅谈城市轨道交通桥梁结构噪声听城市轨道交通桥梁结构噪声有感桥梁工程的发展趋势课程的第六讲中，吴定俊老师为我们开展了关于城市 轨道交通桥梁结构噪声的讲座。吴老师从声学的基本知识出发，介绍了噪声评价体系、轨道交通噪声组成、桥梁设计与结构噪声、 常用桥型结构噪声特性与减 噪措施以及在此领域有待继续研究的问题。 通过讲座和查阅相关资料，我对于桥 梁结构的

2、噪声有了更加深刻的理解，以下谈谈自己的看法。、声学基本知识1、声音的产生与分类声音由振动产生，并通过振动在介质(固体或流体)中的传播而到达人耳 根据声波的频率成分可将声波进行如下划分：2、声学量声压P是指声音扰动后空气中的压强和静压强的差值，为时间和空间的函 数，单位Pa常用有效声压是指一定时间间隔均方根值：Pe声压级，即有效声压与基准声压的比值取常用对数， 再乘以20即为声压级, 单位为分贝(dB),即：Lp =20logPepref3、频带是指可听域的声音频率范围，我们分析中不是采用单一频率能量分布， 而是 了解各个频段上的声能量分布情况。为了分析的方便，频谱分析常用1/3倍频程4、响度人

3、对声音的第一感觉是响亮程度，这与听觉器官和听觉神经对声音强度和频 率响应的感觉有关。不同频率相同声压的声音人感觉的响度是不同的，为了反映人耳的这种特性，测定了不同频率相同等响亮程度声音的能量曲线一一等响曲线（图 2）。响度级是指当某一频率的纯音和某声压级的1kHz纯音听起来同样响时，设1kHz纯音的声压级定义为该声音的响度级。图2等响曲线-听阈曲线5、计权声压级用响度级来表示人们对声音的主观感觉过于复杂，而不同频率声压级低的纯 音的响度感觉甚至高于声压级高的纯音的响度， 为使数值与直观感觉一致，选择 不同的等响曲线对声压级进行加权，形成了不同的计权声压级。A计权声压级与人耳对声音的响度感觉相近

4、，因此，现行的的噪声标准都把3。A计权声压级作为评价噪声的主要指标。不同计权网格见下图计权分贝值7G 101001DOOo o o o O1 1 23立 , 频率/Hz图3频率计权曲线6、噪声的危害(1)损伤听力：低频100dB时出现听力损伤，高频噪声 75dB时即可损伤 听力。(2)影响神经系统、心血管和消化系统、视觉，影响日常的交流和生活。 平均交谈距离为2m时，室内最高值为60dB时对语言和思考开始有干扰，当为 40dB时，则对语言和思考毫无干扰。(3)低频噪声波长长，衰减慢，难以有效被声屏障隔离，长期居住在低频 噪声环境中容易产生莫名的失眠、头疼、耳鸣、胸闷、腹部压迫感等心理和生理 症

5、状。二、噪声评价体系1、噪声评价指标A计权声压级与人耳对声音的响度感觉相近，因此，现行的的噪声标准都把 A计权声压级作为评价噪声的主要指标。分别为有等效连续A声压级LAeq和最大 A声压级LAmax。A计权网络考虑了人耳对低频噪声敏感性差的频谱特性，对低频有较大的消减，所以不利于对低频噪声的评价。2、噪声评价标准(1)世界卫生组织(WHO) 1993年公布的标准：户外生活区续不能超过 55 dB (A) (LAeq);夜间户外噪声级不能超过 45 dB (A) (LA)。(2)西方国家的铁路噪声英国要求最严格。(3)我国于1990年11月颁布了铁路边界噪声限值及其测量方法(GB12525-90

6、,明确规定了铁路边界处的噪声限值 (表1)。2008年的修改方案 分别规定了既有铁路和新建铁路的铁路噪声限值。城市轨道交通线路还须符合声环境质量标准GB3096-2008)的限值要求(表2)。城市轨道交通要求严格。表1铁路边界噪声限值既有铁路边界铁路噪声限值新建铁路边界铁路噪声限值,时段4噪声限值/ dBCAp时段口噪声限值/ dB(A)P昼间Q昼间Q7 口甲夜间十夜间Q60P注：铁路边界指铁路外侧距轨道中心线30米处口 +表2 环境噪声限值(等效声级 Leq)声环境功能区类别一昼间/ dE250km/h)高架区段噪声测试结果如下图所示：(车速提高)口集电系统噪声37%轮轨噪声及桥梁结构噪声2

7、5%口空气动力噪声38%图5各噪声源占总噪声的比列从以上试验结果可以看出：1、铁路噪声中主要是轮轨噪声和集电系统噪声，空气动力噪声随着速度增 加，所占比重不断增大。2、桥梁结构噪声在整个桥梁段铁路噪声中所占比重不大，但桥梁结构噪声是低频噪声，声屏障对此效果不大。3、城市轨道交通正常为低速运营，气动噪声可以不考虑。桥下主要是桥梁 结构噪声，且声压级高，对过路行人影响大。四、桥梁设计与结构噪声1、强度控制设计早期列车速度低，对轨道的平顺性和车辆的舒适性要求也低。 桥梁设计最终 由结构的强度承载能力和使用极限状态来决定。2、考虑走行性和乘坐舒适的的刚度控制设计随着列车速度的提高，尤其是高速铁路的兴起

8、，对轨道平顺性和列车运行平 稳性、舒适性的要求也随之提高，桥梁的结构设计由强度决定变为由刚度来决定。 设计过程主要包括以下内容：(1)桥梁的振动基频满足规范规定的限值；(2)桥梁的挠度满足规定的挠跨比；(3)桥梁的梁端折角满足规定的限值；3、耐久性的全寿命设计对桥梁耐久性的要求提高，设计中结构的耐久性也成为考虑的重要因素，如进行抗裂验算等。4、考虑抗振减噪设计随着城市轨道交通和高速铁路的发展， 铁路噪声问题越来越严重，防噪音设 计提上日程。由于技术不成熟，目前主要进行噪声的被动防治。主要措施包括：(1)安装声屏障；(2)槽型梁内侧安装吸声板；(3)采用浮置板轨道或高弹性扣件，对轮轨噪声和结构噪

9、声都有效。图6科隆蛋高弹性扣件图7 Vanguard高弹性扣件五、常用桥型结构噪声特性与减噪措施1、常见结构噪音特性(1)频谱特征：对箱型梁和槽型梁不同试验表明，梁体的结构噪声的峰值频率大多在40-100HZ,峰值频率与车速的关系不大。结构噪声主要分布 0-260HZ 频段是低频噪声。(2)与车长关系：对上海地铁 8号线实测噪声的频谱分析表明 C型车以 70km/h通过时，6节列车与7节列车对结构噪声的大小影响不大，但噪声持续 时间延长。(3)结构噪声的大小与车速有很强的线性关系。日本对新干线的噪声预测 时，高架桥的噪声计算公式包含了速度项。结构物噪声的预测，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)结构的局部面板(如腹板、底板等)的弯曲振动导致截面产生变形是 结构噪声产生的主要原因，而梁的整体弯曲振动对结构噪声的影响不大。同时扭转振动对结构噪声的影响也很微弱。即振动分析中的以不同面板的弯曲振动为主 的模态对结构噪声其控制作。(5)车轨桥的耦合振动计算时，三者的空间耦合振动和仅考虑竖向的耦合 振动分析，对结构噪声的总声压级无影响。因此，研究桥梁的结构噪声时，

11、可以 仅考虑轮轨的竖向相互作用。(6)底板对槽型梁的结构噪声起控制作用。腹板的贡献微弱；箱梁的底板 对近场点声压起主要作用，距离轨道中心线越远，顶板的作用增强，底板和顶板对远场点起主要作用，腹板作用微弱；改善声场环境，应控制槽型梁底板的振动， 同样，对箱梁要减小顶板和底板的振动。2、结构设计减噪的主要措施(1)在合理的厚度范围内，增加槽型梁底板的厚度，能降低桥下场点的声 压级，但效果不大，而且对远场点几乎没有效果。双线单箱双室梁桥下场点的声压级小于双线单箱单室梁3 dB-5 dB,远场点却差别不大。这与槽型梁改变底板厚度的效果一致一一即提高底板(或者顶板) 弯曲刚度一一仅对近场点有效，而对远场

12、点的效果不大。槽型梁均匀设置横肋，将底板由单向板变成双向板，改善效果优于仅增加底板厚度，但相对于原结构的高噪声，总体的改善效果仍不理想(2)采用高弹性扣件 高弹性扣件刚度为15MN/m时整个声场空间降噪均 匀，降幅达4dB-5dB,同时能保证列车安全运营。(3)采用浮置板结构。无论是对槽型梁还是对箱梁，浮置板轨道结构能够 大幅有效的降低的整个声场内结构噪声。声压级对板下支承刚度的改变不敏感。考虑到浮置板的振动，采用小间距支承(例如0.8m)更合适，板下支承刚度5MN/m-9MN/m ,此时线性声压级能减小 7dB-14dB。59国* 网，网，图.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)施工现场川板式浮置板厚度对总声压的影响不大。6m梯形浮置板的减振降噪效果比板 式浮置板略差，但梯形浮置板(见图 8)的质量大幅降低。此隔振降噪可优先选 用梯形浮置板。构造图图8梯形浮置板(4)优先单箱双室梁的声学性能远优于槽型梁(梁截面见图9),相同的计算条件，远场点声压比槽型梁小 4dB-5dB,而桥下场点能小8dB-10dB。5004024700(a)单箱双室梁S)槽型梁户图9不同梁型的截面,BM一(5)高架结构直选用单箱双室梁，其次选用单箱单室梁，同时梁上轨道的 布置以每线的两股轨道分列腹板两侧为宜，则两股轨道的列车荷载引起的结构振 动反相，能部分抵消，能起到减振降噪的

14、作用。六、有待继续研究的问题根据吴老师介绍，目前关于桥梁结构噪声方面还有待继续研究的问题主要有以下几个方面：1、计算理论还有待于进一步研究，目前可以定性定量计算声压，但还不完 善，在定性上可以说明一些问题，但在定量分析上还有较大差距。2、进行桥梁结构防噪声设计需要对不同梁型的结构噪声有可靠的预测，还 需对不同梁型建立能进行实际应用的简化预测公式。3、桥梁结构噪声的机理十分复杂且是一项跨学科的内容，目前只是工程应 用的角度进行了计算，对机理研究未能深入，以后应加强噪声的机理研究。4、模态叠加法虽然能计算声压，但不能计算声功率，需对计算方法进行改 进完善，进而计算声辐射效率。七、结语通过此次讲座，我对于桥梁结构的噪声评价体系、轨道交通噪声组成、桥梁 设计与结构噪声、常用桥型结构噪声特性与减噪