鐵路高架橋梁低頻噪聲測(cè)試與環(huán)境影響評(píng)價(jià)

許 代 言

(湖南省高鐵運(yùn)行安全保障工程技術(shù)研究中心，湖南 株洲 412006)

1 概述

列車(chē)通過(guò)高架橋時(shí)，由于軌道不平順會(huì)引起橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)。橋梁壁板振動(dòng)激勵(lì)外部空氣從而輻射噪聲，這種噪聲以低頻為主，稱之為“低頻噪聲”[1-3]。

近年來(lái)，鐵道工程和聲學(xué)領(lǐng)域的專家學(xué)者們針對(duì)橋梁低頻噪聲做了大量研究工作。李小珍、梁林等[4]采用統(tǒng)計(jì)能量法結(jié)合車(chē)輛—軌道耦合模型，分析了不同軌道形式的橋梁結(jié)構(gòu)噪聲的頻變規(guī)律；劉林芽、秦佳良等[5]采用聲傳遞向量法分析了簡(jiǎn)支槽形梁結(jié)構(gòu)噪聲輻射特性；宋瑞采用FE-SEA法結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算聲學(xué)貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)箱梁內(nèi)加設(shè)橫隔板的降噪效果[6]；劉冬婭、王劉翀等[7]采用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)與心理聲學(xué)指標(biāo)對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)對(duì)低頻噪聲的評(píng)價(jià)是不可靠的。傳統(tǒng)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)在低頻部分做了大量衰減，低估了低頻噪聲的危害，而國(guó)內(nèi)針對(duì)軌道交通低頻噪聲新的評(píng)價(jià)體系尚未建立。

本文以32 m雙線混凝土簡(jiǎn)支箱形梁為研究對(duì)象，把模態(tài)分析與實(shí)測(cè)噪聲值相結(jié)合，通過(guò)限值曲線，從對(duì)建筑物的影響和人體身心舒適度兩個(gè)方面對(duì)軌道交通高架橋低頻噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 高架橋模態(tài)分析

自振頻率是指彈性體或彈性系統(tǒng)自身固有的振動(dòng)頻率，通常采用模態(tài)分析求解結(jié)構(gòu)的自振頻率，結(jié)合模態(tài)振型來(lái)描述和分析結(jié)構(gòu)的振動(dòng)狀態(tài)，本文建立32 m跨度的簡(jiǎn)支箱形梁有限元模型，采用Block Lanczos法提取橋梁模態(tài)。通過(guò)求解橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型,分析噪聲輻射與振動(dòng)之間的關(guān)系。如圖1所示即為高架橋第7階振型，變現(xiàn)為面板開(kāi)始出現(xiàn)局部振動(dòng)。

3 高架橋噪聲測(cè)試與評(píng)價(jià)

試驗(yàn)選擇在某32 m跨度的鐵路簡(jiǎn)支箱形梁橋下進(jìn)行，該箱形梁梁高2.8 m、頂面寬13 m。箱形梁測(cè)點(diǎn)周?chē)鶠閷挸ǖ幕牡?，無(wú)其他遮擋。測(cè)試時(shí)將麥克風(fēng)布置在跨中各采集點(diǎn)，聲壓采集點(diǎn)布置如圖2所示。其中D1～D3采集點(diǎn)在箱形梁的正上方，D3點(diǎn)距橋面板距離為2 m，每個(gè)采集點(diǎn)高度差為2 m；D4～D6采集點(diǎn)位于箱形梁正下方，D4點(diǎn)距底面板距離為3 m，各采集點(diǎn)之間高度差為3 m；D7～D9采集點(diǎn)垂直于線路中心線分布，距地面高度為1 m，距線路中心線的水平距離分別為5 m,10 m,20 m；D10～D13采集點(diǎn)布置在距線路中心線25 m處沿垂向分布，各采集點(diǎn)之間高度差為6 m。

我國(guó)在鐵路噪聲環(huán)境評(píng)價(jià)與控制領(lǐng)域主要采用A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，但傳統(tǒng)A聲壓級(jí)在低頻部分做了大量衰減，低估了低頻噪聲的危害。日本學(xué)者從拍擊振動(dòng)和身心舒適度兩方面對(duì)低頻噪聲進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用兩條參考限值曲線將所測(cè)的頻譜聲壓級(jí)曲線分為四個(gè)部分，如圖3所示。其中A區(qū)域表示建筑物無(wú)振動(dòng)、身心無(wú)不適感；B區(qū)域表示建筑物有振動(dòng)、身心無(wú)不適感；C區(qū)域表示建筑物無(wú)振動(dòng)、身心有不適感；D區(qū)域表示建筑物有振動(dòng)、身心有不適感。

箱形梁跨中部分場(chǎng)點(diǎn)的線性聲壓級(jí)的頻譜曲線如圖4所示。橋梁跨中部位的場(chǎng)點(diǎn)聲壓級(jí)隨著與軌道縱向中心線的距離增大而降低，且聲壓衰減度也隨距離增加而減小，這個(gè)規(guī)律符合聲波衰減特性；根據(jù)日本低頻噪聲限值曲線評(píng)價(jià)，箱形梁峰值聲壓位于最不利的D區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行降噪處理時(shí)，優(yōu)先從峰值頻率入手將更為有效。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以32 m雙線混凝土簡(jiǎn)支箱形梁為研究對(duì)象，將邊界元仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并采用日本低頻噪聲限值曲線進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)。得到如下結(jié)論：

1)箱形梁結(jié)構(gòu)噪聲以100 Hz以下低頻較為顯著，且聲壓級(jí)隨距離增大衰減很慢。

2)通過(guò)模態(tài)分析可知高架橋面板的局部振動(dòng)與低頻噪聲輻射有密切關(guān)系。

3)根據(jù)日本低頻噪聲限值曲線評(píng)價(jià)，箱形梁峰值聲壓位于最不利的D區(qū)域內(nèi)，進(jìn)行降噪處理時(shí)，優(yōu)先從峰值頻率入手將更為有效。