城市轨道交通桥梁结构噪声讲座只是分享

1、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O二年一月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 梁结构的噪声有了更加深刻的理解，以下谈谈自己的看法。、声学基

2、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:OHz图1声波的划分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:Lp20 logPePref3、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、响度人对声音的第一感觉是响亮程度，这与听觉

3、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50O9070O alIL20 50200 2k 10k /(Hz)500 lk 5k 50k5、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

4、，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，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。不同计权网格见下图3。计权分贝值-70101001 ooo10000频率心N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、

5、耳鸣、胸闷、腹部压迫感等心理和生理 症状。、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LAmaxoA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) (LAeq)。(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

6、界噪声限值及其测量方法（GB12525-90,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嗪声限值新建谍路边界铁路噪芦限值时段Q嗪声限值/噪声限值/ dB仙2昼闾J70昼间时70複间门夜间-60*1汪.铁路迫界指铁路外侧距轨道中心线30米处。才表2 环境噪声限值（等效声级 Leq）芦环境功能氐菜别4昼间/ dB*夜间/血护0类Q40P55芒2無23將654董相时3、结构噪声的评价指标与标准（1）

7、近年来，大多数没有超过规定限值的混凝土结构噪声引起了很多抱怨。 这是因为这些噪声限值采用的是 A计权噪声级指标，对低频声压级的削弱很大， 低估了低频噪声引起的烦躁程度。（2）为了评估桥梁噪声对人们造成的烦恼程度，在德国采用的是无权重的声压级。相关研究也表明即使A计权声压级相等，低频为主的噪声烦恼程度也要 高于高频为主的噪声烦恼程度，A计权声压级不适合对低频噪声污染的评价。（3 ）不同地域、不同人群、不同的年龄段等主客观因素对烦恼的感受影响 不同。目前对低频噪声的评价还没有统一的标准。 有研究提出在A声级标准限制 的基础上增加3dB和6dB的补偿值作为低频噪声的评价标准。国内翟国庆等研 究噪声烦

8、恼阈值，并与现行的标准限制进行比较。对于2、.3、4类功能区烦恼阈值比标准限制分别低 3dB、5dB、7dB。三、轨道交通噪声组成根据吴老师介绍，轨道交通的噪声组成主要有一下几个：1、轮轨噪声：车轮和轨道振动产生的高频噪声包括滚动噪声、冲击噪声和 尖啸声。2、车辆动力噪声：主要由列车上的电机、空调等设备产生。3、集电系统噪声：包括滑动噪声和电弧噪声。4、空气动力噪声：车体与空气摩擦产生。高速时为主要声源。5、 桥梁结构噪声：桥梁振动产生，为低频噪声，声压频率20Hz-200Hz图4轨道交通噪声源轨道交通噪声源如图4所示，其中，轮轨噪声中500Hz以上的中高频噪声是 机械工程师关注的重点，而我们

9、土木工程师重点关注桥梁的“二次噪声”。铁道部组织对京津城际列车高速行车条件下(250km/h )高架区段噪声测 试结果如下图所示：(车速提高)集电系统噪芦37%轮轨噪声及桥梁结构噪声25%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

10、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，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

11、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声都有效。图6科隆蛋高弹性扣件图7 Van guard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

12、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：Ls（P） = 1010（1= PWL y - 8 +101 +1L_1）DID打二g + 101g（i+面严_!_）51D2D、PWU 二 X气 + 101og（v/240） PWLsPWLs-l（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

13、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，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

14、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） 的弯曲刚度一一仅对近场点有效，而对远场点的效果不大。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

15、合适，板下支承刚度5MN/m-9MN/m，此时线性声压级能减小 7dB-14dB。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。（a）掏造图（t）施工現场图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。（附单箍取室興（b）權型賤图9不同梁型的截面（5）高架结构宜选用单箱双室梁，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

16、结构振 动反相，能部分抵消，能起到减振降噪的作用。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