声屏障设计

2024-11-08

声屏障设计（精选8篇）

声屏障设计篇1

1 前言

杭州湾跨海大桥南岸接线工程是杭州湾跨海大桥南岸位于宁波市境内的一段高速公路,它的营运不可避免会对沿线的声环境敏感区域(居民区、医院、学校等)造成噪声污染。为了保证沿线地区的声环境在营运后符合《城市区域环境噪声标准》(GB3096-93)的相关要求,应对受噪声危害的敏感点采取切实有效的降噪措施。依据浙江省环境保护科学设计研究院编制的《杭州湾跨海大桥南岸接线工程环境影响报告书》的要求,对工程沿线的3处敏感区,即崇胜村、戴家及前洋立交3处进行声屏障设计。声屏障的设计高度为高于路肩外缘4m。

2 声屏障设计与计算的技术关键

2.1 声屏障钢立柱截面抗弯验算

声屏障的钢立柱间距为2m,立柱之间为微孔波浪形隔声板。钢立柱采用热轧H型钢,Q235A3钢,尺寸为150×150×8×10mm。如图1所示(左图为H型钢立柱断面图,右图为声屏障受力简图)。

假定风力均匀作用于声屏障,则合力F作用于钢立柱中心,由《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 4.3.7条。

2.1.1 风荷载计算

F=K0K1K3ωdAwh

查得:K0=1.0,设计风速重现期换算系数;

K1=1.4,风载阻力系数;

K3=1.0,地形、地理条件系数,一般地区K3=1.0。

$ω_{d} = \frac{r v_{d}^{2}}{2 g} v_{d} = Κ_{2} Κ_{5} V_{10}$ ,本地区属于A类地区,离地面高度为10m。

$\begin{array}{l} 查得 ∶ Κ_{2} = 1.0 ‚ Κ_{5} = 1.38, V_{10} = 31.3 m / s \\ v_{d} = 1.0 \times 1.38 \times 31.3 = 43.194 m / s \\ r = 0.012017 e^{- 0.0001 z} = 0.012017 e^{- 0.0001 \times 10} = 0.012 k Ν / m^{2} \\ ω_{d} = \frac{0.012 \times 43.194^{2}}{2 \times 9.81} = 1.14 k Ν / m^{2} \\ F = 1 \times 1.4 \times 1.0 \times 1.141 \times 2 \times 4 = 12.77 k Ν \end{array}$

$\begin{array}{l} ∴ 柱底弯矩 Μ = F \times \frac{Η}{2} = 12.77 \times 4 / 2 \\ = 25.54 k Ν m \end{array}$

重力G=柱重+声屏重

=31.9×4×9.81+76×8×9.81

=7.22kN

2.1.2 声屏障钢立柱截面强度验算

钢立柱为轴心压弯构件。

钢立柱X-X轴截面特性:

$\begin{array}{l} Ι_{x} = \frac{150 \times 150^{3} - 142 \times 130^{3}}{12} = 16189667 m m^{4} \\ W_{x} = \frac{Ι_{x}}{\frac{h}{2}} = \frac{16189667}{\frac{150}{2}} = 215862 m m^{3} \end{array}$

最大拉应力:

$\begin{array}{l} σ_{m a x} = \frac{Μ}{W_{x}} - \frac{G}{A} \\ = \frac{25.54}{215862} \times 10^{12} Ρ a - \frac{7.22 k Ν}{4.04 \times 10^{- 3} m^{2}} \\ = 116.53 Μ Ρ a < [σ_{w}] = 145 Μ Ρ a \end{array}$

最大压应力:

$\begin{array}{l} σ'_{m a x} = \frac{Μ}{W_{x}} + \frac{G}{A} = \frac{25.54}{21586^{2}} \times 10^{12} Ρ a + \frac{7.22 k Ν}{4.04 \times 10^{- 3} m^{2}} \\ = 120.11 Μ Ρ a < [σ] = 140 Μ Ρ a \end{array}$

$\begin{array}{l} 剪应力 τ = \frac{F}{A} = 12.77 k Ν / 4.04 \times 10^{- 3} m m^{2} \\ = 3.16 Μ Ρ a < [τ] = 85 Μ Ρ a \end{array}$

2.2 声屏障钢立柱与底板焊缝强度验算

2.2.1 焊缝强度的确定

由《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86的第1.2.8条,认为承受拉力的焊缝容许拉应力与基材的容许应力相同,承受剪力的焊缝容许剪应力与基材容许剪应力相同。

2.2.2 焊缝危险截面应力验算

取焊角厚度 hf=10mm验算,则有效厚度 he=0.7hf=7mm。

焊缝布置如图2所示。

水平焊缝面积为:

Af1=0.7×10×[(150-10)×2+(150-10-8)×2]=3808mm2

竖向焊缝面积为:.

Af'=0.7×10×(150-10-10)×2=1820mm2

焊缝对于x-x轴的惯性距:

$Ι_{x} = (2 \times 140 \times 80^{2} + 2 \times 132 \times 60^{2} + 2 \times \frac{1}{12} \times 130^{3}) \times 0.7 \times 10 = 21759967 m m^{4}$

a点应力:由于焊缝断开,只考虑纵缝受剪力,

$\begin{array}{l} 所以 τ_{a}^{F} = \frac{F}{A_{f'}} = \frac{12.77 \times 10^{- 3}}{1820 \times 10^{- 6}} Ρ a = 7.02 Μ Ρ a < [τ] = 85 Μ Ρ a \\ σ_{a}^{Μ} = \frac{Μ \times 65 \times 10^{- 3}}{Ι_{x}} = 76.29 Μ Ρ a \\ σ_{a} = \sqrt{(\frac{76.29}{1.0})^{2} + 7.02^{2}} = 76.61 Μ Ρ a \\ < [σ] = 140 Μ Ρ a \end{array}$

$\begin{array}{l} b 点应力 ∶ τ_{b}^{F} = 0 \\ σ_{b}^{Μ} = \frac{Μ \times 80 \times 10^{- 3}}{Ι_{x}} = 93.90 Μ Ρ a \\ < [σ] = 140 Μ Ρ a \end{array}$

2.3 声屏障底板螺栓强度验算

(1)底板设4个螺栓锚固于桩基础内,间距0.25m,求单个螺栓所需有效面积:

查得:M30号螺栓有效面积为560mm2,满足要求。

抗剪验算

(2)螺栓锚固长度计算

取螺栓与混凝土粘结强度为1.23MPa,单个螺栓拉力

$\begin{array}{l} Τ = \frac{Μ}{2 \times 0.25} = 51 k Ν \\ L = \frac{1.3 \times 51}{π \times 0.03 \times 1.23 \times 10^{3}} = 0.572 m \end{array}$

2.4 声屏障立柱截面配筋验算

如图4所示为声屏障立柱下部受力简图。

由前面计算得:

M=25.54kN·m, F=12.77kN, G=7.22kN

由桥梁博士软件建模,计算桩在地面以下0.9m处达到最大弯矩M0=31.4kN·m

如图4所示:桩体为偏心受压构件。

由《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004第5.3.5条:

$\begin{array}{l} γ_{0} Ν_{d} \leq f_{c b} b x + f_{s d}^{‘} A^{‘} s - σ_{s} A_{s} \\ γ_{0} Ν_{d} e \leq f_{c b} b x (h_{0} - x / 2) + f_{s d}^{‘} A^{‘} s (h_{0} - a_{s} ´) \\ e = η e_{0} + h / 2 - a \\ e_{0} = Μ_{d} / Ν_{d} = \frac{1.4 \times 31.4}{7.22} = 6.09 m \\ η = 1 + \frac{1}{1400 \frac{e_{0}}{h_{0}}} (\frac{l_{0}}{h})^{2} ξ_{1} ξ_{2} \\ ξ_{1} = 0.2 + 2.7 \frac{e_{0}}{h_{0}} = 0.2 + 2.7 \times 6.09 / 0.36 \\ = 45.875 \\ ξ_{2} = 1.15 - 0.01 \frac{l_{0}}{h} = 1.15 - 0.01 \times 0.7 \times 6 / 0.4 \\ = 1.045 \end{array}$

带入得:

$\begin{array}{l} η = 1 + \frac{1}{1400 \frac{6.09}{0.36}} (\frac{4.2}{0.4})^{2} 45.875 \times 1.045 = 1.22 \\ e = 1.22 \times 6.09 + 0.2 - 0.04 = 7.6 m \end{array}$

由e0>0.3h0=0.3×0.36=0.108m,可按大偏心构件计算,取σs=fsd。

$\begin{array}{l} 由于 f_{s d} = f_{s d}^{‘} = 280 Μ Ρ a \\ x = \frac{γ_{0} \cdot Ν_{d}}{f_{c b} \cdot b} = \frac{1 \times 7.22}{11.5 \times 0.4} = 1.57 m m < ε_{b} h_{0} = \\ 0.56 \times 360 = 201.6 m m \end{array}$

故属大偏心受压。

∵x=1.57mm<2a $_{s}^{’}$ =2×40=80mm

$\begin{array}{l} ∴ e ’ = η e_{0} - h / 2 + a_{s}^{‘} = 1.22 \times 6.09 - 0.2 \\ + 0.04 = 7.3 m \\ A_{s} = \frac{γ_{d} Ν_{d} e'}{f'_{s d} (h_{0} - a'_{s})} = \frac{7.22 \times 10^{3} \times 7.3 \times 10^{3}}{280 \times (360 - 40)} = 588 m m^{2} > ρ_{m i n} \end{array}$

,取用8φ16,单侧配筋面积A=3×3.14×0.82=603mm2

2.5 声屏障立柱裂缝宽度验算

由《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 JTG D62-2004第6.4.3条:

$ω_{t k} = C_{1} C_{2} C_{3} \frac{σ_{s s}}{E_{s}} (\frac{30 + d}{0.28 + 10 ρ} (m m)$

其中: $ρ = \frac{A_{s} + A_{p}}{b h_{0} + (b_{f} - b) h_{f}} = 0.004 < 0.006$

故取0.006。

C1=1.0; $C_{2} = 1 + 0.5 \frac{Μ_{长}}{Μ_{短}} = 1 + 0.5 \times \frac{0}{31.4} = 1.0$ ;

$\begin{array}{l} C_{3} = 0.9 \\ σ_{s s} = \frac{Ν_{s} (e_{s} - z)}{A_{s} \cdot z} \\ d = 16 m m, z = [0.87 - 0.12 (1 - γ'_{f} (\frac{h_{0}}{e_{s}})^{2}] h_{0} \\ = 0.87 h_{0} = 0.87 \times 360 = 310 m m \\ e_{s} = η_{s} e_{0} + y_{s} \end{array}$

由于l0/h0=0.7×6/0.4=10.5 故ηs=1.0

es=1.0×6.09+0.2-0.04=6.25m

$\begin{array}{l} 代入得 σ_{s s} = 240.2 Μ Ρ a \\ ω_{t k} = 1.0 \times 1.0 \times 0.9 \times \frac{240.2}{2 \times 10^{5}} \times \frac{(30 + 16)}{0.28 + 10 \times 0.006} \\ = 0.146 m m ＜ 0.2 m m ‚ 满足要求。 \end{array}$

2.6 声屏障立柱长度计算

由于项目所在地宁波软土地基范围较广,需对基础承载力进行验算。根据设计段落的平均填土高度为3.5～5m,取立柱长为6.1m进行验算。

(1)K95+400～K95+800段

按沉桩容许承载力,

$[Ρ] = \frac{1}{2} (υ Σ α_{i} ι_{i} τ_{i} + α A σ_{R})$

(注各参数含义见JTJ024-85)

桩受轴向力P=声屏障重+过梁重+自重

=7.22+0.2×0.6×2×25+6.1×0.4×0.4×25=37.62kN

组合值P'=P×1.25=47.025kN

查施工图文件的纵断,立柱埋入地上路基填土内的长度平均4.5m,埋入地下长度平均1.6m。

查地质资料:地面以上4.5m侧壁摩阻

τ1=60kPa α1=1.0

地面以下1.6m 侧壁摩阻τ2=34kPa;α2=0.7

查表 4.3.2-5:

$\begin{array}{l} σ_{R} = 1000 k Ρ a \\ υ = 0.4 \times 4 = 1.6 m \\ A = \frac{1}{4} π d^{2} = 0.4 \times 3.14 \times 0.4^{2} = 0.1256 m^{2} \\ [Ρ] = \frac{1}{2} [1.6 \times (1.0 \times 4.5 \times 60 + 0.7 \times 1.6 \times 34) + 1.0 \times 0.1256 \times 1000] = 309.264 k Ν > 47.025 k Ν \end{array}$

满足要求。

3 结语

通过对杭州湾跨海大桥南岸连接线声屏障上下部六个关键技术的验算,满足结构的强度和稳定性要求,为设计提供了可靠的依据。

参考文献

[1]JTJ/T006-1998,公路环境保护设计规范[S].

[2]JTG D60—2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[3]JTG D62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4]JTJ 025—1986,公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].

[5]JTJ 024—1985,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

声屏障设计篇2

安平县汉威（声屏障）丝网制造有限公司前言

声屏障生产厂家——安平县汉威丝网制造有限公司是一家专业生产各种声屏障、隔音墙的生产厂家。从事隔音降噪行业十余年对于声屏障、公路隔音墙我们绝对有信心满足您的任何需求，作为华北地区成立最早的声屏障、隔音墙生产厂家之一，我们积累多年生产、研发、施工经验（可到现场指导安装各种类型隔音墙、声屏障）按业主要求及现场情况对声屏障进行非标准设计制作。

近年来，随着我国城市化建设的不断推进，为高效快速的交通行业提供了一个极佳的发展机遇。目前，新建的城际高铁、轻轨、高速公路和市内地铁、高架路已经比比皆是，给人们出行和货物运输行业带来了极大方便。但是，我们也无需讳言，日趋严峻的交通噪声给人们的身心健康造成严重危害。在国际学术界普遍公认设置“道路声屏障”是降低交通噪音的一项有效技术措施，它在国外已经使用多年，在我国国内也开始普遍推广。声屏障的关键核心技术就是吸隔声材料的性能。本文仅从材料角度进行综述并对新型声屏障用材料进行展望。

2吸隔声材料分类

目前市场主要应用的吸隔声材料包括以下几类：金属类，混凝土类，玻璃钢类，纤维类，多孔陶瓷类。2.1金属吸隔声材料

包括金属纤维材料和多孔泡沫金属材料。其中金属纤维材料有不锈钢纤维，铝纤维等，其优点是强度高、耐高温、耐水性好。多孔泡沫金属材料主要应用的是泡沫铝，其优点是吸声性能稳定，吸声系数大于常用吸声材料，对中低频噪声有良好的吸能能力。金属纤维板和泡沫铝吸声板都可以直接暴露在空气中，不需要护面穿孔板和填充物。但是他们易遭受有害物质破坏，尤其在氯盐的环境下，与基础连接的部位更易遭受破坏。另外，金属材料的隔声屏单元结构连接处容易产生噪声泄漏。金属声屏障生产工艺需要严格控制，生产成本高，故国内应用较少。2.2混凝土吸隔声材料

混凝土吸隔声材料采用传统工艺和材料生产，它具有成本低、维护费用低、坚固、耐久性好等优点，同时在色彩、形状、形式和文理装饰方面有很大自由度，是国内外交通声屏障中最常用的一种。传统的混凝土声屏障为普通反射式声屏障，能够降噪约5 dB，它吸声性能低，易开裂，自重大，给设计施工带来很大的困难。新型多孔混凝土声屏障扩大了其在降噪领域的应用。如DurisoI Inc．生产的混凝土木屑复合声屏障，降噪系数分别为0.7或0.8；而Concrete Precast svstems生产的混凝土橡胶颗粒复合声屏障降噪系数为0.8（厚度：4英寸橡胶颗粒＋4英寸混凝土）。2.3玻璃钢吸隔声材料

玻璃钢声屏障是指由玻璃钢为主要材料组成的声屏障。玻璃钢声屏障的结构组成为：正面由工程塑料穿孔板护面；内部填充物由用无碱憎水玻纤布或防水吸声薄膜包裹离心复合玻纤面组成；背面隔声板由玻璃钢挤拉型材组成。它自重轻，耐腐蚀，化学性能稳定，景观效果好，后期维护方便，不变色、易清洗、受破坏后易更换等。但是耐候性差，耐紫外线性差。2.4纤维吸隔声材料

早期使用的吸声材料为植物纤维，如棉麻制品，木质纤维板等，这些材料在高频段吸声能力好，但是防火，防潮，防腐能力差。之后有无机纤维材料问世，如玻璃棉，岩棉，矿渣棉等，这些材料不仅有良好的吸能能力，而且质轻，不燃，不腐，不易老化等优点。但是无机纤维吸声材料的缺点是在施工安装的过程中因纤维性脆，容易折断形成粉尘散逸而污染环境、影响呼吸、刺痒皮肤，且软性结构，表面需有保护层，如穿孔板、透气织物等进行保护和装饰，构造比较复杂，体积大，储存和运输麻烦。2.5多孔陶瓷吸隔声材料

多孔陶瓷是采用陶瓷原料及相应工艺制造而成的具有三维连通的网状结构材料，具有开口孔隙率高，耐气候变化，抗腐蚀，抗热震等特点，它能在野外长年经受风吹，日晒雨淋，不会疲劳、变形和破裂，不会改变网状结构。多孔陶瓷吸声构件在公路交通噪声能量集中在200～1kHZ具有良好的吸声性能，能很好的吸收因反射而产生的混响声，使屏障内行车道区域声环境得到有效改善。但是泡沫陶瓷在高频段吸声能力差，目前国内生产厂家较少。3 吸隔声材料发展展望

目前市场上现有的吸声材料，由于自身存在的缺点，适用范围受到很大的限制，因此如果继续走单一材料结构的模式，其发展将会遇到很大的困难。今后吸声材料有几个大的发展方向。

3.1改性混凝土吸声材料

针对混凝土吸声材料的缺点，用高分子类材料进行改性，增强其吸能能力，同时改善混凝土材料本身的易开裂等问题，扩大其应用范围。3.2高分子粘弹性吸声材料

利用高分子材料的粘弹特性，将吸收的声能或者机械能转化为热能耗散是高分子粘弹性吸声材料的主要机理，主要有橡胶和互传聚合物网络材料等。3.3高分子复合吸声材料

从材料设计角度出发，通过混合，填充填料等方式，将高分子聚合物和金属材料或者无机材料有机结合；从结构设计角度出发，通过将多孔吸声，阻尼吸声，和共振吸声合理匹配，实现对噪声的最大程度吸声。3.4废旧橡胶吸声材料

我国每年产生大量的废旧橡胶，其中很大部分都可以重复利用，如废丁腈胶，这些橡胶本身具有较好的阻尼性能，通过对他们进行材料设计、结构设计，可以成为优异的吸声材料。对它们的回收利用会产生较大的社会效益和经济效益。4 结语

吸声材料是材料研究的一个重要方向，新型吸声材料会促进声屏障生产技术的发展甚至给其带来革命性的变革。吸声材料的研究具有重要的社会意义和经济效益 5.公司实力

声屏障生产厂家——安平县汉威丝网制造有限公司（简称：汉威声屏障）

安平声屏障厂家——汉威声屏障2010年下半年开始生产声屏障（华北地区最早的声屏障生产厂家之一）目前我公司可日生产高速公路声屏障、铁路声屏障3000平方米，生产能力还在继续上升

汉威声屏障（前身：安平县智宇丝网制品厂）是一家专业从事公路、铁路、小区、冷却塔降噪设计、生产、安装的综合性生产企业。

公司的主营产品系列包括：声屏障，隔音墙，公路隔音板，隔音屏障、隔声间、冷却塔消声器、公路防眩板、噪声治理工程等。为了提升产品的整体质量，公司不断引进国内外先进的生产设备。我们一直致力于开发高性能，低价格的隔声板、吸声板。并逐步推向市场，得到了用户的一致好评。本企业在行业内推出的插接式无铆钉技术，大大提升了产品的防腐性能，是整体工程完工后更加美观。

公司在2014年内完成了全国生产基地的配套建设与战略布局，使公司形成了立足河北，辐射全国的品字形组织构架，从而达到了覆盖东北、华北、华南、西南的生产线布局，并与2014年在上海、四川、北京、成都、贵阳、广州、山东、浙江等城市招募经销商。从而实现让利于客户，以谋共同发展。

我们依托自身强大的设备及物资储备实力，多年来出色完成了多个重大献礼工程。敢于承接急工程硬工程，从而实现了客户满意，并带动企业发展的目标。优质的产品及满意的服务为公司赢得了更多客户的信任，产品销售全国各地并不断承揽大型工程，是一家值得信赖的厂家。

买声屏障找声屏障生产厂家，汉威声屏障主导产品：隔音屏、轻质水泥声屏障、景观声屏障、顶部折角声屏障、大弧形声屏障、彩钢声屏障～声屏障复合板、凹凸百业孔声屏障～凹凸穿孔声屏障、金属穿孔声屏障～圆孔声屏障、百叶孔声屏障～百叶孔型隔音墙、冷却塔声屏障～空调风机声屏障、小区声屏障~工厂声屏障、公路声屏障~高架桥声屏障、铁路声屏障~高铁声屏障、隔声墙、隔声屏、风屏障、隔声屏障、吸音板、隔音网、隔音板、隔音屏璋、隔音墙、声屏障、顶部弧形声屏障、直立型声屏障（最高可生产20米）

声屏障设计篇3

关键词：路基,声屏障,吸声板,吊装支架,设计

随着铁路建设水平的不断提高, 铁路运营对周边环境产生的影响越来越被人们关注, 为降低铁路运营噪声对周边环境产生的影响, 采用声屏障措施降低火车运营产生的噪声。目前, 国内铁路声屏障设计类型多样, 吸声板种类繁多。

1 工程概况

昆明枢纽铁路既有昆阳支线为单线非电气化铁路, 全长39.3 km, 设计时速为60 km/h, 改造后为双线电气化无缝线路, 设计时速为120 km/h。由于新建铁路基本与既有铁路并行, 且沿线村镇企业密集, 与铁路距离较近, 改造设计时考虑行车噪声对沿线居民影响, 沿线设置路基声屏障共计6.7 km。其中, 吸声式声屏障6.2 km, 隔声式0.5 km。路基声屏障为直壁式, 分为吸、隔声声屏障两种, 设置于线路外侧路肩处, 并与线路平行, 其内缘距轨道中心4.2 m。声屏障共分为桩基础、连续地梁、墙身立柱、声屏障屏体、顶梁、吸声板及涂面7部分。桩基础采用钢筋混凝土圆桩结构, 直径1 m, 桩长6 m, 桩间距6 m;连续地梁断面尺寸为40 cm×50 cm, 立柱尺寸为30 cm×30 cm, 立柱间距3.0 m;顶梁尺寸24 cm×20 cm;桩基、立柱、连续地梁、顶梁均为C30钢筋混凝土结构, 声屏障高为路肩以上3.02 m。连续地梁及顶梁每33 m长设置一个变形缝。声屏障屏体位于路肩连续地梁上, 采用240 mm砖砌体, 屏体砌筑采用MU10普通砖、M10混合砂浆砌筑, 1∶2水泥砂浆抹面。以立柱间距为一个施工单元, 每个施工单元安装珍珠岩陶粒吸声板5块, 单块吸声板结构尺寸为75 mm×500 mm×3 000 mm, 单块重量为150 kg。具体形式见图1。

2 吸声板吊装支架的设计

2.1 模型制作

支架呈梯形结构, 主杆采用两根壁厚3.5 mm直径42 mm无缝钢管作为主要受力杆件, 每根钢管长3.46 m, 顶部采用两根0.4 m长直径42 mm斜向钢管及角钢斜撑在已施工完毕的钢筋混凝土顶梁上, 使支架受力传递至地面及顶梁。两根主杆采用5根直径42 mm无缝钢管进行横向连接, 钢管连接处采用焊接牢固, 顶部横向钢管伸出主杆两侧各25 cm, 端头处焊接斜向钢管, 斜向钢管端头焊接角钢, 在斜向钢管与主杆间采用直径22 mm螺纹钢筋进行加强;为防止地面不平, 影响支架稳定, 底部采用可调支腿与主杆进行焊接。为确保吸声板吊装空间及支架稳定, 确保机具不侵入行车界限, 支架主杆与地面呈75°角, 距线路中心距离为3 m。

电动卷扬机固定在最下部两根横杆之间, 为便于人员操作及电动卷扬机固定, 下部两根横梁距地面高度分别为1.1 m, 1.35 m, 上部三根横杆中部安装定滑轮对悬吊钢丝绳进行定位。钢丝绳与吸声板间采用横向吊杆、U形件及插杆进行连接, 横向吊杆采用直径42 mm无缝钢管制成;U形件采用直径20 mm U形螺栓制作, 内部宽度9 m, 保证吸声板放入, 顶部与横向钢管在内弯处焊接, U形件端部制成圆形孔口, 插杆采用直径10 mm螺栓, 见图2。

2.2 支架材料

支架材料规格见表1。

3 吸声板吊装支架的应用

1) 施工准备。声屏障抹面施工完毕后方可进行吸声板安装, 安装前需对墙体高度、抹面平整度及连续地梁平整度进行检查, 对墙体抹面及连系地梁顶部不平处进行砂浆找平或采用手持砂轮进行打磨。在待安装墙体上做出安装长度标识, 将吸声板放置于待安装墙体安装侧, 且不能影响吸声板安装支架的放置, 防止二次搬运。

2) 吸声板安装。a.安装顺序。连续声屏障吸声板以墙体一侧端头为准逐步向另一侧按顺序进行施工, 每个单元吸声板施工完毕后采用人工将安装支架移至下一施工单元进行施工。每个单元吸声板由下至上进行逐块安装, 上部吸声板与下部吸声板贴合紧密, 使吸声板重量逐步向下传递至连系地梁顶部。b.吸声板吊装。由吊装人员将吸声板插入U形件内, 并将吸声板膨胀螺栓安装孔与U形件插孔口对准, 将10螺栓插件插入U形件插孔与吸声板安装孔。c.吸声板固定。吸声板吊运至安装高度后, 由施工人员手扶至安装位置, 拔出吊装插件。司钻工对准吸声板安装孔进行钻孔, 钻孔过程中保证钻杆垂直于墙体及吸声板, 钻孔至设计深度后, 电锤反复冲孔2次, 以清除孔内杂物, 安装紧固膨胀螺栓。对由于膨胀螺栓不能安放至设计深度的, 采用手锤轻轻打入, 若不能打入, 则需拔出进行二次钻孔或扩孔。声屏障下单元最下部2块吸声板, 施工人员可直接站在地面进行安装, 上部3块吸声板由于高度较高, 为便于人员安装, 设置人工作业台架。作业台架由22圆钢及16螺纹钢筋弯制、焊接而成, 上铺7 cm厚木板, 见图3。

3) 人员配置。每个吊装支架配备共7名施工人员, 其中吸声板吊装2人, 司钻2人, 安装膨胀螺栓2人, 卷扬机操作工1人。

4 安全质量控制

1) 对施工人员进行既有线施工培训, 培训合格后方可上岗, 进场前对施工人员进行安全技术交底。2) 为高处作业施工人员配备安全带, 卷扬机由专业人员操作;为防止联电, 电动卷扬机与安装支架横杆间采用绝缘垫绝缘, 电动机设置接地。3) 为防止施工过程中机具侵限, 在施工点两侧安排防护人员进行防护并配备相应安全防护用品, 在铁路侧拉设警示带。4) 对支架各杆件进行检查, 确保杆件完好无裂纹、防止严重锈蚀等, 焊接必须牢固, 无砂眼、假焊现象。5) 严格控制吸声板吊装速度, 钻孔需垂直于吸声板安装孔进行钻进, 防止吊装及钻孔损坏吸声板。

5 实施效果

对采用自行设计简易吊装支架吸声板安装效果进行检查, 并与采用人工抬装从安装速度、安装人员以及吸声板损坏率方面进行了对比, 具体如表2所示。

6 结语

声屏障位移控制的分析篇4

1.1 工程背景

本工程背景为北京枢纽既有西长线提速,根据环保专业要求,在北京市区内某段既有桥旁需增设声屏障。由于既有桥设计年代较早,直接在桥上设声屏障存在桥梁加固等诸多问题。故业主提出在桥两侧地面架设支架(包括钢支柱与钢拉梁),并在支架上设声屏障型钢柱的方案(见图1a))。其中支柱为与桥墩错开布置,设为8 m间距。H型钢柱为声屏障主要受力结构,每2 m设一根(见图1b))。整个支架结构主要受到作用在声屏障上风荷载的影响。

1.2 问题的提出

根据上述环保专业提出的要求,声屏障型钢柱柱顶的位移要控制在20 mm。整个结构从下至上由支柱、拉梁和型钢柱组成,故顶部型钢柱柱顶的最大位移(下文简称最大位移)也由三者位移叠加产生。通过分析可以得出型钢柱柱顶的位移为:

D=d1+θ1×H+θ2×H+θ3×H+d2 (1)

其中,d1为支柱柱顶的位移;θ1为支柱柱顶的转角;H为型钢柱柱高;θ2为拉梁受扭产生的整体转角;θ3为拉梁上翼缘受弯产生的变形转角;d2为型钢柱受弯产生的变形位移。

可见,最大位移与三者的刚度均有关系,其中型钢柱的截面已由环保专业给定,所以只能通过研究支柱与拉梁的截面来控制位移。

2 分析问题

2.1 基于MIDAS模型的分析

本文首先用MIDAS建了5榀支架的整体模型(见图2),并设计了两组截面尺寸,通过多次试算来考察梁柱尺寸与壁厚对柱顶最大位移的影响。尺寸表及计算结果如表1,表2所示。

通过表1和表2可知,随着梁柱截面尺寸及壁厚的增加,最大位移的减小值越来越小,即对位移的影响越来越小。

通过多次试算,得到当柱截面为500×550×14,梁截面为500×500×12时,型钢柱柱顶的最大位移为18.4 mm,发生在跨中的型钢柱柱顶。

由于MIDAS计算没有考虑构件局部变形的影响,即没有考虑拉梁上翼缘变形对型钢柱位移产生的影响,所以这样求得的型钢柱柱顶位移为:

D1=d1+θ1×H+θ2×H+d2 (2)

其中没有包含θ3×H的值。为了进一步研究θ3×H的大小,以及尝试寻找其他减小最大位移的途径,下文建立了更为详细的ANSYS模型。

2.2 基于ANSYS模型的分析

通过上节分析可知,本节主要研究拉梁局部变形对于型钢柱位移的影响,所以并未考虑下部支柱模型,只建了两支柱间的一段模型(见图3)。

这样求得的柱顶位移为:

D2=θ2×H+θ3×H+d2 (3)

相关参数为:梁截面500×500×12,型钢柱200×200×7.5×11,采用壳单元Shell181,单元尺寸50 mm,钢材为Q235,弹性模量E=2.06×105 MPa,泊松比v=0.3,非线性阶段的材料属性为双线性随动强化,屈服强度fy=235 MPa,屈服后切线模量取Et=1%E。约束加在拉梁两端底部与支柱连接的位置。

2.2.1 初始模型

本模型直接按照MIDAS的相关条件建模计算,计算分析后的最大位移为67 mm(见图4),发生在跨中的型钢柱柱顶与MIDAS模型的18 mm相差甚远,且这还未考虑下部支柱位移的影响。

究其原因,通过图5可以知道,拉梁上翼缘在与型钢柱连接处一定区域内,最大应力达到230 MPa,接近屈服强度。由于这一高应力区的存在,必定造成较大变形。

通过查看转角图,可得最大位移处型钢柱与梁翼缘连接处的节点转角约为0.018 rad,再乘上柱高3 580 mm,得64.4 mm(即式(1)中的θ3×H),接近柱顶最大位移值67 mm。可见,梁上翼缘的变形不仅会对型钢柱柱顶位移产生影响,而且在无任何加强措施下,这种影响非常大,起决定因素。MIDAS模型不能考虑构件局部变形的影响,导致了计算结果的失真。

2.2.2 加肋板模型

为了约束拉梁上翼缘的变形,本文尝试在拉梁与型钢柱连接处加了12厚的肋板。建模计算分析后,此时的柱顶最大位移降为11 mm。拉梁上翼缘处的最大应力也降低到67 MPa,肋板所受的最大应力为59 MPa,型钢柱所传来的弯矩基本由肋板承担,受力性能大大改善,如图6～图8所示。

将ANSYS结果与MIDAS结果对比。通过式(2)与图3可知,支柱顶的位移3.5 mm,支柱顶转角Rx=0.001 2,则型钢柱柱顶的位移减去支柱位移的影响后为:

θ2×H+d2=D1-d1-θ1×H=

18.4-3.5-0.001 2×3 580=10.6 mm。

ANSYS结果为:

θ2×H+θ3×H+d2=11.2 mm。

通过以上计算结果的分析对比可知:

1)当不考虑翼缘局部变形时,ANSYS模型与MIDAS模型的计算结果基本相同,相互印证了两个模型计算结果的可信度;2)加了肋板后的ANSYS模型与不考虑翼缘局部变行的MIDAS模型相比,两者的最大位移仅相差0.6 mm,可以认为当拉梁加了肋板后,翼缘的局部变形可忽略不计。

2.2.3 其他模型

上一小节只是研究了消除拉梁翼缘局部变形的方法,并不能进一步减小变形。本文先后计算了肋板加密、肋板加厚、拉梁翼缘与型钢柱连接处局部加厚等几种情况,最大位移均变化很小。说明以上几种措施对增加拉梁的整体刚度均没什么效果。

3 结语

本文通过MIDAS模型广度上的计算与ANSYS模型深度上的研究,再结合两者计算结果对比,得出了下列若干总结:1)通过加大梁柱截面尺寸的方法来减小柱顶最大位移,效果越来越不明显;2)当拉梁与H型钢连接处没有任何加强措施时,拉梁翼缘将产生很大局部变形;3)在拉梁与H型钢连接处加肋板,可以基本消除拉梁翼缘的局部变形;4)通过其他如肋板加密、肋板加厚、拉梁翼缘与型钢柱连接处局部加厚等构造措施,对位移均无显著改善。

参考文献

[1]平学惠,刘俊青.既有铁路声屏障设计问题与研究[J].铁道标准设计,2011,11(4):88-89.

高速公路声屏障降噪效果研究篇5

一、河北高速公路现有声屏障类型介绍

目前,河北高速公路所使用的声屏障主要包含以下几种类型。

1. 混凝土声屏障

混凝土声屏障具有价格低、结构稳,寿命长等等特点,是国内外交通声屏障中最常用的一种。但传统的混凝土声屏障因材料吸声等条件的限制,能够降噪约5d B,效果一般。

现使用的混凝土声屏障,多是复合水泥式隔声屏障,该声屏障采用一种多孔木纤维混凝土砌块为吸隔声单元,通过特殊化学处理过程,与水泥、软木类木切片按一定比例混合,经模具塑造后养护硬化而成。该声屏障不仅具有较好的吸声、隔声性能,还具有防火和绝热的作用。在多种环境如炎热、严寒、潮湿和干旱的条件下也可以使用,见图1。

2. 百叶孔声屏障

百叶孔声屏障材料采用镀锌板和铝板合成的金属质地声屏障,适用于住宅小区、学校和医院,离噪音声源相对来说有一段距离的情况下实用的隔音降噪产品,见图2。

该声屏障的优点是吸音效果显著,防雨性能好,缺点是开孔率大,声音吸收不完全。

3. 透明组合型声屏障

该声屏障根据材料一般分为玻璃钢声屏障和PC透明板声屏障。PC透明板声屏障主要适用于于桥梁段上面,该声屏障透明度高,利于司机视线,但是不能够吸音,只是隔音板,现阶段大多使用的是PC复合型透明板,见图3。玻璃钢声屏障景观效果好,也利于驾驶员的空间感,但该声屏障对高层建筑的降噪效果一般。

二、测试方法

1. 声屏障的降噪原理

声屏障是指声源和受声点之间,插入一个障碍物例如板或墙的设施,使声音的传播大部分被反射或吸收,使其有显著的衰减,从而在接收者所在的一定区域内噪声级明显降低,达到降噪的效果,其示意图见图4。

同时声屏障的减噪量与噪声的频率、屏障的高度以及声源与接收点之间的距离等因素有关[3]。

2. 测点设置

本次研究选择了分别位于石黄高速藁城段、大广高速衡水段、迁曹高速曹妃甸段的3处典型声屏障,评估现有各类型声屏障的降噪效果。

噪声监测点布设在声屏障中部,各设2处,声屏障前1m、后1m、后10m各布设一个测点。对照点2处,设在与所测声屏障测点附近环境条件相似的无声屏障位置上。声屏障降噪效果采用同步测定法监测,每天监测4次,其中昼间、高峰和平均时段各监测1次,夜间22点后监测2次,每次监测10min,连续测3天,同时记录车流量。测量时排除敏感点附近人为因素和偶发声的影响[4]。

各监测点位布设情况见表1。

三、监测结果与讨论

根据监测数据计算得到监测点昼间及夜间的等效连续A声级,监测各点值取其平均结果。见表2。

单位:LAeq(dB)

从表2中可以看出,车流量巨大的高速公路,临路监测点如测点3噪声级很高;从图5中可以看出,三种材料的声屏障降噪量不同,平均达到10 ~ 16d B,效果明显。

在三种材料中,复合混凝土型声屏障效果最好,昼夜间平均降噪量分别达到15.1和15.9d B;百叶孔次之,昼夜间平均降噪量分别达到12.6和11.3d B;透明组合型PC复合板型最弱,昼夜间平均降噪量分别为10.8和11d B。从三种声屏障的监测结果可知,混凝土粗糙表面具有一定的吸声作用,因此其降噪效果要好于单纯依赖反射作用的透明复合板,百叶孔声屏障综合了微孔共振吸声结构,且下部金属板具有一定反射作用,因此降噪效果也优于透明组合型声屏障。

四、结论

1. 高速公路声屏障对公路沿线居民的声环境质量起到明显的降噪效果;

2. 测试的三种类型声屏障降噪量可达到10 ~ 16分贝,其中复合型混凝土声屏障效果最好 , 其次为百叶孔,最弱为透明组合型声屏障;

3.现有声屏障降噪能力受地理环境或其他因素影响,降噪效果可进一步提高;

高速公路声屏障的研究进展篇6

1 道路隔声屏障国内外应用概况

声屏障研究在国外起步较早,美国20世纪70年代开始修建公路沿线声屏障,发展速度很快,至2000年底,全美已建成的公路声屏障约5000km。日本声屏障的修建始于20世纪60~70年代,在20世纪70年代中期有了较大发展,至2000年底已建成约1600km公路声屏障。法国曾在1988年举行了由政府部门组织举办的适合于各种场合使用的声屏障的比赛。英国、德国、澳大利亚、丹麦等也大力发展隔声屏障技术来控制城市道路交通噪声的污染。近年来,国外公路声屏障技术不断发展。总的趋势是:注重公路声屏障与景观协调设计;多用低成本材料建造公路声屏障;提倡在声屏障内、前与后面种植各类植物;建设降噪绿化林带也是常用的手段。

我国在降低交通噪声的实用措施方面,尚处于起步阶段。20世纪末,交通部在国内各大城市纷纷修建道路隔声屏障来控制城市道路噪声污染,仅上海市的内环线、成都路高架及杨浦大桥接线部分就有13个区段约5.5km均已修建隔声屏障,其他城市如北京、郑州、广州和重庆等也已修建了大量声屏障[1]。

据不完全统计,至2002年底,全国已建成的公路声屏障不足50km,与发达国家相比差距太大[2]。且从目前国内已建声屏障实测降噪效果来看,与设计目标值相差较大,理想的可达9.6d B,但基本不超过10.0d B,另外也存在隔声屏障流于形式,声屏障结构落后,可选择的吸声隔声材料范围有限等问题。

2 声屏障原理

声屏障的作用是阻止直达声的传播,隔离透射声,并使衍射声有足够的衰减。

噪声在传播途中,若遇到障碍物尺寸远大于声波波长时,则大部分声能被反射,一部分被衍射,于是在障碍物背后一定距离内形成“声影区”,如果被保护点处于声影区,等效声级可降低5-15d B。声屏障降低噪声的大部分理论一般都是基于惠更斯-菲涅耳物理原理,采用Kirchhoff衍射原理来处理问题。经典的声屏障插入损失公式,对于点声源,有克希霍夫理论、米卡瓦理论和前川曲线。

当噪声源发出的声波遇到声屏障时,它将沿着3条路径传播(见图1):一部分越过声屏障顶端绕射到达受声点;一部分穿透声屏障到达受声点;一部分在声屏障壁面上产生反射。声屏障的插入损失主要取决于声源发出的声波沿这3条路径传播的声能分配。声屏障的绕射声衰减是声源、受声点与声屏障三者几何关系和频率的函数,它是决定声屏障插入损失的主要物理量。通常用△Ld来表示。声屏障隔声的能力用传声损失TL来评价。通常在声学设计时,要求TL—△Ld≥10d B,此时透射的声能可以忽略不计,即△Lt≈0。为减小反射声,一般在声屏障靠道路一侧附加吸声结构。反射声能的大小取决于吸声结构的吸声系数α,它是频率的函数,为评价声屏障吸声结构的整体吸声效果,通常采用降噪系数NRC。

考虑到其它障碍物和地面声吸收的影响,声屏障实际插入损失为

其中IL——插入损失

△Ld——绕射声衰减

△Lt——透射声衰减

△Lr——反射声衰减

△Ls——障碍物声衰减

△LG——地面吸收声衰减

有效声屏障一般能降低噪声5-15d B,但无论怎样设计,衰减量(即声屏障的插入损失值)很难超过25d B。

3 高速公路声屏障的形式

声屏障结构形式对降噪效果有直接影响,在设计公路声屏障时,除了要满足其声学性能外,首先考虑的就是声屏障的形式。不同的地区环境需要有不同形式的声屏障与之相适应,且材料和构造选择与其形式密切相关。公路的声屏障形式按形状可分为以下几类:

(1)直壁型:多用于填方路段、挖方路段、平路堤段及高架桥等,整个声屏障墙体为上下竖直。多用混凝土或砌块、砖、石、金属板及复合轻型板等材料来构筑墙体,用钢筋混凝土柱或金属柱来保持稳定性。由于直壁型声屏障用材简易,施工方便,造价较低,与环境有较好的融合性,在国内外有广泛的应用。有厚壁式(以混凝土砌块、大阪或砖石类为主)、薄屏式(以金属板、木板、轻型复合板为主)等形式,直立型是在众多种类的声屏障中形式最简单的一种,但降噪效果较弱;

(2)折壁型:一般用于降噪要求较高但声屏障的高度又有一定限制的场合。把声屏障上部折向道路方向,折角小于45度,面向道路的一侧通常做成吸声表面。声屏障的支撑件多采用H型钢。这种声屏障可增加声程差,提高降噪效果,但用材有一定要求,施工技术高。为降低风荷载,使声屏障安全,一般大于5m的声屏障采用折壁型。例如在北京健翔桥上修建的声屏障,高达7m,采用了折壁型,经测试,降噪量达到了10-15d B(A)。有倒L型、T型、Y型、圆弧型等形式;

(3)表面倾斜型:多用于路堑或低路堤路段。可做成土堤式,单面斜坡或双面斜坡。在路堑段既可做护坡,又可起到防噪作用。一般表面采用砌成堆筑,中间填土或废弃物,其设计与直壁型相同。有倾斜墙面(单面或双面斜)、土堤式等形式;

(4)封闭型:全封闭式、局部封闭式;

图2为几种声屏障实例。许多学者对不同结构形式声屏障的降噪效果进行了对比研究。如Monazzam等对同类材料制成的T型、Y型、箭型和圆柱型声屏障的比较发现,T型和箭型的降噪效果明显好于其余2种,但Takashi Ishizuka等[7]却认为,结构形式的改变对声屏障的声学性能的改善并不十分显著,但T型结构较好。我国目前建成的声屏障以直立型和倒L型为主,至今还没有开发出鹿角型声屏障。我国对声屏障结构形状的研究还有待于进一步加强。

4 隔声屏障材料技术

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。声屏障构造设计中要注意其本身的隔声性能,声屏障材料的隔声量在20-25d B时才能满足要求。根据能量减半而声级下降3d B的规律,材料的吸声系数应达到0.80-0.85时,才有些效果。目前我国应用的声屏障材料有以下几种:

(1)砌块及板形材料

用预制砌块砌筑成的声屏障壁体称为砌块型声屏障。砌块是指采用普通混凝土、轻质混凝土及硅酸盐材料等制作的块状材料或各种砖、石块等。砌块的形状可以根据声屏障的需要制作。优点是隔声性能好、施工方便、造价低,且具有强度高、耐火、防腐蚀等性能。

声屏障的壁体采用板形材料建造的称为板型声屏障。常用的板材有:混凝土板、亚克力板、彩钢复合板(吸声或反射型)、强力PC板、有机复合板、钢化玻璃声屏障、陶瓷板材声屏障、水泥木屑吸声板和聚酯隔声板等。板型声屏障一般施工简单,易于安装,造价较高,部分材料耐久性、耐火性较差,常用于高架桥或市郊公路。

(2)纤维及泡沫材料

目前国内用于道路声屏障的吸声材料主要是超细玻璃棉、矿棉等无机纤维类材料。但超细玻璃棉类吸声材料通常强度较低,性脆易断,吸尘易污损,粉尘化后易飞扬造成二次污染,特别是吸水受潮后吸声性能大大减弱。近年来从对采用纤维类材料做吸声材料的道路声屏障的检修来看,由于长期处于大流量交通流振动和风压影响下,纤维材料的脆性断裂和粉尘化使原来的匀质结构不复存在,道路声屏障未能有效起到吸声降噪作用。由于存在上述缺点,以及出于对环境保护的要求,需要更有效、更环保的吸声材料替代。

新型吸声材料泡沫陶瓷在国外道路声屏障建设中得到应用,取得非常好的降噪效果。泡沫陶瓷具有良好的声学性能、力学性能、耐候性、防火性等特点,制成的吸声元件在中低频具有良好的吸声性能。并且具有重量轻、易于安装维护,特别适宜在高温、潮湿的环境下使用。厚50mm的泡沫陶瓷材料和后留10cm空腔、厚50mm的泡沫陶瓷,分别对中心频率为600Hz和中心频率为250Hz的声频具有较好的吸声效果,此时吸声系数最高[11],而这正是道路交通噪声的主要频段。

(3)微孔吸声板材

我国马大猷院士提出的微孔吸声理论使微孔吸声板材飞速发展,可以克服目前声屏障常用吸声材料的在雨水、潮湿作用下吸声性能明显下降,还存在霉、蛀、耐高温较差、污染环境、耐高速气流冲击性能差等各种缺点。应用微穿孔理论,以微穿孔板共振吸声结构为基础的声屏障的应用研究也得到了研究者的重视。目前有利用透明材料制成微孔吸声材料用于声屏障的实例,这为声屏障的发展开辟了新的方式。

徐志强等人对微穿孔板式声屏障的参数设计进行了研究,通过计算分析确定了孔径、板厚、穿孔率、空腔厚度等参数,并采用驻波管法进行了吸声系数的试验,验证了吸声效果和共振频率,给出了微穿孔板式声屏障的完整设计参数。

毛东兴等人应用微穿孔理论,提出了以微穿孔板共振吸声结构为基础的带顶部吸声柱体的新型吸声隔声屏障,对声学性能进行了细致的研究。并将这种新型声屏障应用于城市高架道路工程中,对试验路段采用ISO/TC43标准中的间接测量法进行现场测量表明降噪效果较好。对这种结构的力学性能试验的结果表明,它完全符合室外使用的强度要求。防灰尘试验的结果证明了灰尘不影响其声学性能。它还具有轻质、高效及可制作成透明结构等特点[14]。

(4)生物类型

人们对于声屏障景观自然化的要求较高,在声屏障壁体及周围绿化种植,由绿色植物将声屏障构件掩蔽形成生物墙。此类声屏障的声学性能好,绿色植物增加了对噪声的吸收,易于周围环境相融,易得到当地民众和司机的认可。主要有以下几种:蜂房式生物型、井架式生物型,H型构件生物型、预制骨架斜面生物型、棋盘状斜坡生物型、混凝土砖砌体+土(或废矿渣)生物型、环状砌块生物型。

(5)太阳能声屏障(Photovoltaic Noise Narrier,简称PVNB)

太阳能声屏障即将光电技术应用于声屏障中,在保证降噪效果的同时,还可以利用太阳能发电。第1个太阳能声屏障于1989年在瑞士诞生。德国、英国、法国、意大利等国家都已开始试用太阳能声屏障。但到目前为止,太阳能声屏障仍有许多尚未解决的技术。该种声屏障成本较高,但在用电量较大的城市使用还是可行的。

5 结语

交通声屏障计算机降噪系统研究篇7

1 噪声源分析

根据噪声控制的一般原理分为:噪声源的识别, 噪声传播途径确定, 受声者分析。如果要有效控制铁路噪声对沿线居民的影响, 首先要确定铁路产生噪声的噪声源。图1代表噪声源在线路方向的位置。

在铁路运行产生的噪声中, 车辆上部的空气动力噪声和集电系噪声主要影响铁路客车车内的声环境质量, 车辆下部的轮轨噪声和构造物噪声对铁路沿线居民影响比较严重[1]。

2 噪声源上控制噪声措施

2.1 降低轮轨噪声

首先对于车辆来说, 采用合理的车辆结构, 可使滚动噪声和尖啸声降低。具体措施如下:

(1) 采用弹性车轮

改变车轮在轴向和径向的机械阻尼, 使车轮不易产生振动或改变其自振频率, 或者在车轮上装消音器和阻尼大的材料, 用来吸收车轮振动的能量, 起到减小车轮噪声的目的。国外噪声测试表明, 采用弹性车轮后, 噪声可降低5~6d B (A) [2]。

(2) 设置防振橡胶垫。

为了隔断车轮的高频振动, 通过车轴、轴箱、弹簧、构架、摇枕等部件向上传递到车体各部, 在轴箱与弹簧之间设置防振橡胶垫, 同时中央弹簧选用对高频振动隔离性能较好的空气弹簧, 可使一次固体噪声大大减小。

其次对于线路方面来说, 在钢轨下面铺设防振橡胶垫, 减小轮轨之间的冲击作用力, 从而起到减振降噪的目的。

2.2 降低构造物噪声的措施

构造物噪声的治理须从线路和结构工程两方面入手。

(1) 线路方面:桥上线路须平顺, 钢轨接缝要少, 保持钢轨表面处于良好工作状态。此外还可以在钢轨和轨枕下增加弹性防振垫。

(2) 结构方面:桥梁结构要有较高的强度和较大的抗挠抗扭刚度, 一般不采用柔性结构, 梁部选用混凝土或预应力混凝土等感热迟钝的材料。

不论采取哪种措施, 噪声均不可避免。当线路两侧有医院、学校、住宅区时, 最有效的方法是在传播途径上控制噪声。采用的方法有在铁路与受声点之间设置声屏障、种植绿化林带、增大铁路与受声点之间的距离等。由于绿化林带的高度有一定限制, 增加两者之间的距离不太现实, 所以最可行的方法是设置声屏障。声屏障是一个降低交通噪声的重要设施大量的实验和实例研究证明对距道路200m范围内的受声点有非常好的降噪效果[3]。

3 声屏障计算机降噪系统

声屏障通过干涉声波传播的作业到达降噪目的 (如图2所示) , 其降噪效果随声程路程差的增大而增加。一个足够高和长的声屏障可以对处于声影区的受声点降噪5~15d B (分贝) [3]。声屏障的形状和材料种类多种多样, 可以用砖、混凝土、木材、金属和其它材料来构筑。修建声屏障除考虑其降噪作用外, 还要注意其经济实用, 并与其所处环境相协调做到视觉满意。

由于声屏障降噪效果突出, 近年来利用声屏障降噪得到广泛普及, 但是关于声屏障的问题也随之而来。有的声屏障达不到预期降噪效果;有的声屏障的建设费用很高, 降噪效果不明显等;声屏障的设计、制造及降噪效果的预测分析等还没有形成一定的理论体系。所以借助计算机进行声屏障降噪系统研究就显得非常重要了。本文基于C++的面向对象的程序设计, 利用Visual C++集成软件开发环境进行的研究开发的, 依据《声屏障声学设计和测量规范》[4], 进行声屏障计算机降噪系统研究开发, 取得一定的成果。

3.1 降噪系统的功能分析

3.1.1 具有面向对象性, 较强的模块化性

能及较强的组合能力。具有友好的人机界面和良好的人机交互性, 提供操作信息向导功能。

3.1.2 模拟预测系统遵循软件工程学的原理, 整个软件采用图标菜单、下拉式菜单、弹出式菜单、对话框等界面技术, 提供在线帮助和灵活的提示信息, 提供操作信息的向导功能。整个用户界面的设计遵循“视窗” (Window) 的标准, 如图3所示。

3.1.3 在绘制视图上, 可计算整个平面的点声源和线声源的声波辐射图, 可以对照噪声级颜色表, 确定其声压级的大小。

3.1.4 噪声预测点和居民保护区可以根据需要灵活的设置, 并对其进行点声源和线声源噪声计算以及对其进行声屏障插入损失的计算。

3.1.5 点击右键的弹出式菜单, 可以快捷方便的进行所需要的操作, 如删除图元、选择图元操作等, 如图4所示。

3.2 计算实例

根据声屏障计算机降噪系统的设计, 可以预测铁路沿线有无声屏障时交通噪声大小。根据列车运行的声辐射理论模拟成线声源, 根据实际测试分析线声源的平均声压级, 即噪声声压级的大小。根据此数据和城市环境不同区域的噪声标准预算声屏障的插入损失 (即降噪量) , 从而设计声屏障的高度、形状和材质等。然后利用声屏障计算机降噪系统进行模拟计算。计算演示结果如图5所示。

4 结论

4.1 该降噪系统界面的可视化程度高, 状态栏中显示每一步绘图的操作步骤。菜单栏和工具栏以具有代表性的图形、文字表示, 使系统的界面更具形象性, 可读性。

4.2 该系统声源随距离的衰减值以不同颜色的显示, 能清楚的获得不同距离处噪声值的大小。

4.3 具有强大的图元编辑功能。对各图元可以进行属性设置、图元选择、图元删除等操作。

4.4 弹出菜单的运用, 增强了系统的灵活性和可操作性。

摘要：由于运行中铁路列车产生的轮轨噪声, 严重影响铁路沿线居民居住环境, 所以需要寻找一种降低铁路噪声的方法。本文通过分析各种降噪方法, 结合降噪理论得出在噪声源与居民区之间插入声屏障是最有效的措施。结合声屏障的声学知识, 利用计算机开发声屏障降噪系统。该系统主要包括声屏障的几何设计、构造形式、声屏障的景观要求等, 能很好的模拟声屏障的降噪效果, 对声屏障设计具有一定的参考价值。

关键词：轮轨噪声,声屏障,计算机

参考文献

[1]王伯福, 王慧萍.铁路噪声污染与防治[J].铁路标准设, 1998.12.44～45

[2]徐洲.高速铁路轮轨噪声影响因素分析与控制研究[M].西南交通大学, 2009

[3]孙华云.不同结构型式降噪声屏障的特性研究[M].大连交通大学, 2008.6

[4]国家环境保护总局.声屏障声学设计和测量规范, 2004年7月12日发布

[5]尹立民, 王兴东.Visaul C++软件项目开发实例, 电子工业出版社, 2004年11月

声屏障设计篇8

在不断建造的高速公路,高速铁路和工业区中,安装隔声屏障已成为一项不可缺少的降噪设施。要提高屏障的隔声效果,一般会将屏障的高度增加。但加高屏障无可避免地增加了屏障及基础建造成本,及对光线及道路使用者的视线造成一定的影响。而屏顶吸声体正是提高屏障的隔声效果,及降低屏障高度的最佳选择。吸声体通过吸声原理,减少噪声在屏障顶部的折射及改变噪声的传递途径,从而达到更佳的隔声效果。

1 平方余数序列扩散体的原理

“平方余数序列扩散体”由德国声学家施罗德根据数论和声学原理发明,简称数论扩散体(QRD)。它是一种格栅型槽沟扩散体。声波进入槽时会因为密封的槽底反弹向槽口,由于反弹的声波要经过较长的距离,与刚进入槽的声波出现时差,从而产生扩散。扩散的特性取决于槽的宽度和深度。

它基于共振原理消声,不但大大改善了以上传统屏顶吸声体的缺点,更可以通过设计,为指定的音频范围降噪。数论扩散体运用平方余数序列来决定槽深。在设计时一般会利用平方余数方法计算出造成均匀的扩散所需要的槽深和排列方式。

基于数论扩散体的有关理论,M·R·Monazzam&Y·W·Lam[1]通过建立数学模型,对一系列数论扩散体(包括T字型,箭型,圆桶型及Y字型)进行详细的分析,而我们的扩散体设计也是基于他们的计算结果。

2 平方余数序列扩散体的设计

至于平方余数序列扩散体的设计,我们用以下程式来计算有效频率要求的槽深(dn)[2,3]:

其中n为整数,N为奇素数及fr为有效频率。

而扩散体的有效波长则以以下程式推算[3]:

其中dmax为最大槽深,nmax为排序中的最大数值。因此,如果要设计N=7的二次余数扩散体,而槽宽为12cm,目标频带约为1.4k Hz,则从以上程式得出最大槽深约为24.45cm,有效频带为400Hz至1.4k Hz。

3 测试方法

由于扩散体的吸声系数直接影响着它的插入损失,我们首先根据ISO 354标准,在通过了国家认证的混响实验室测试了扩散体的吸声系数。从得到的吸声系数结果,我们可以了解到扩散体在不同频带的声学表现,从而确认我们的扩散体设计。

插入损失的测试方法以ISO 10847:1997为基准,如图1所示,我们先按以下位置对扩散体作测量,然后将扩散体拆除并重复测试,我们在相同位置将两个数值相减便得到扩散体对声屏障隔声效果的提升。值得一提的是,在测试过程中,为避免声源不稳定对测试结果造成的影响,我们在离开声源1米位置增加了一个噪声测量仪,以监察及修改声源不稳定的情形。

4 测试结果

在完成平方余数序列扩散体的设计后,我们先根据ISO 354在回响实验室为扩散体进行吸声测试。从吸声测试结果可以看到,扩散体的吸声系数在低中频带,吸声系数可高达0.85。

以ISO 10847:1997为基准的插入损失的测试结果如下:

插入损失的测试结果基本上和吸声测试结果吻合。扩散体在低频,特别是500Hz附近的效果尤其显注。一般来说,插入损失的提升在低中频比较显注,一般有6至7.5分贝的提升。

5 结论

根据平方余数序列理论,我们成功地研发了二款数论扩散体。它们不但改善了传统屏顶扩散体比重高,防水性能差,降噪能力不理想等缺点,更在指定频带发挥显注功效,值得在道路隔声屏障设计上广泛推广。

摘要：传统屏顶吸声体采用的棉状吸声物料存在着比重高,防水性能差,降噪能力不理想等缺点。平方余数序列扩散体基于共振原理消声,不但大大改善了以上传统屏顶吸声体的缺点,更可以通过设计,为指定的音频范围降噪。本文将介绍二款(T型及六角型)专门为减低交通噪声而研发的屏顶平方余数序列扩散体,它们的有效降噪范围从400Hz到2500Hz。T型及六角型扩散体的初步测试结果显示在低中频的插入损失有6至7.5分贝。

关键词：吸声体,声屏障,数论扩散体,插入损失,吸声系数

参考文献

[1]M·R·Monazzam,Y·W·Lam.Performance of profiled single noise barriers covered with quadratic residue diffusers[J].Appl Acoust,2004.

[2]H·Kuttruff.Sound Absorption by psedostochastic diffusers(Schroeder diffusers)[J].Appl Acoust,1994,42(3):15-31.

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