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《輕軌橋架聲屏障優(yōu)化設計研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、輕軌橋架聲屏障優(yōu)化設計研究【摘 要】 隨著城市輕軌建設的發(fā)展,交通噪聲污染逐漸引起人們重視。在輕軌橋架兩側設置聲屏障是控制軌道噪聲的重要措施之一。聲屏障的高昂成本往往是由不合理的設計參數造成的,通過對目前聲屏障設計方法進行分析,提出了輕軌橋架聲屏障優(yōu)化設計方法。該方法以聲屏障建造成本為目標函數,以降噪要求為聲學約束,綜合考慮設置位置、高度和長度等設計變量的影響;由列車噪聲1/3倍頻程頻譜計算插入損失,提高了優(yōu)化過程中插入損失的計算精度。該優(yōu)化設計法與目前設計方法對比,驗證了聲屏障優(yōu)化設計在改善降噪性能和經濟性能方面的優(yōu)越性。
2、討論了設計參數對成本和降噪性能的影響,并且對軌邊矮墻的降噪性能進行了分析,所獲的結論對聲屏障和軌邊矮墻設計參數與形狀的選擇具有指導意義。【關鍵詞】 輕軌交通;降噪;優(yōu)化;聲屏障;軌邊矮墻1引 言城市輕軌交通線路穿越市區(qū),鄰近居住、文教及工商業(yè)混雜區(qū)等噪聲敏感區(qū)域的情況比較普遍,特別是高架線路噪聲影響區(qū)域大,對沿線人們的工作、生活構成嚴重危害[1]。由于軌道結構隔振技術有效地降低或避免了結構的“二次噪聲”,輪軌噪聲在輕軌交通噪聲中起主導作用,在平坦道路行駛,當行駛速度達80ｋｍ/ｈ時,距離軌道10ｍ處的噪聲為80～90ｄＢＡ,
3、設置聲屏障減弱輪軌噪聲干擾是目前有效的降噪措施。筆者針對目前聲屏障經濟性差(即聲屏障成本昂貴)、設計參數不合理、插入損失計算精度低以及不適合優(yōu)化計算等問題,按照列車噪聲頻譜計算總的插入損失;綜合考慮聲屏障設置的位置、幾何尺寸和經濟性等多種因素,以研究經濟適用型聲屏障為目的,提出了聲屏障優(yōu)化設計方法,并且對軌邊矮墻的降噪性能及經濟性進行了研究和分析。聲屏障聲學設計聲屏障插入損失的計算計算聲屏障插入損失常采用“無限長聲屏障對無限長線聲源“的計算方法[2],即 等效聲級的計算因為輕軌交通系統(tǒng)列車運行速度、長度和輻射噪聲級比較接近,
4、輕軌交通系統(tǒng)營運時間主要集中在晝間(6:00～22:00)時,行車一般以一小時為單位計劃,即測量時間取3600ｓ,則有:Ｌｅｑ=10ｌｇ(ＮＴｐ×Ｌｐ/3600+10ＬＢ)(5)式中,Ｔｐ———列車通過受聲點的平均時間,ｓ;Ｎ———測量時間內通過的列車數;ＬＢ———環(huán)境本底噪音,ｄＢＡ。聲屏障設置位置與尺寸設計聲屏障設置位置聲屏障設置在橋架護欄處,由高架橋建筑限界[3],直立式聲屏障,ｌ1=ｍ;寬頂式聲屏障,ｍ≤ｌ1≤ｍ;若采用軌邊矮墻,ｌ1≥ｍ?！÷暺琳细叨仍O計由于建筑限界、觀察、橋梁承重、環(huán)境協(xié)調等因素制約,高架軌道聲屏
5、障高度不宜超過軌頂～ｍ,列車聲源高度在軌頂以上ｍ[4],則有效高度ｈ≤ｍ;軌邊矮墻的高度略高于車輪,輕軌輪徑一般小于ｍ,因此,取有效高度ｈ≤ｍ。同時考慮乘客的視覺舒適性要求和不應使其產生環(huán)繞感,即(ｈ-ｈ′)/ｈ≤ｔａｎα(6)ｌ1/ｈ≥0.(7)式中,ｈ′———乘客眼睛相對聲源的高度,距軌頂2ｍ;α———允許的視線仰角,α≤45°時,可減少乘客視覺疲勞?！÷暺琳祥L度設計聲屏障的長度原則上應使列車噪聲繞過聲屏障兩端產生的損失大于繞射聲屏障頂端的損失10ｄＢＡ以上。聲屏障的端部長度ｌ′為[5]聲屏障優(yōu)化設計分析設計變量的選?。?/p>
6、=[ｘ1,ｘ2,ｘ3]=[ｌ1,ｈ,ｌ](10) 目標函數的確定聲屏障成本往往成為設計成功與否的決定性因素。因此,應以建設成本為目標,盡量降低成本。聲屏障的建設費用通常按照聲屏障的面積和長度進行估算,材料費用占聲屏障建設費用的45%,與長度相應的基礎建設、排水等大約占35%[6]。由于道床不同軌頂距橋面的高度也不同,同時橋上人行道的高度也與聲屏障建筑高度有關。因此,取聲屏障建筑高度等于有效高度加上聲源距軌頂高度。寬頂式聲屏障以常用的倒Ｌ形為例,綜上所述,取式(11)、式(12)為目標函數,盡可能降低成本。直立式、寬頂式聲屏障
7、的目標函數為Ｆ(Ｘ)=(ｘ2++ｘ1)×ｘ3+ｘ(11) 軌邊矮墻的目標函數為Ｆ(Ｘ)=(ｘ2+)×ｘ3+ｘ(12) 約束條件4..1 降噪指標約束條件聲屏障降噪指標應符合《鐵路邊界噪聲限值及其測量方法》(ＧＢ12525—1990)和《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》(ＧＢ3096—1993)相應的噪聲標準。即ｇ(Ｘ)=Ｌｅｑ≤[Ｌｅｑ](13)式中,[Ｌｅｑ]———晝間等效聲級允許值,ｄＢＡ。4..2 其他約束條件主要包括聲屏障和軌邊矮墻的設計變量約束、不產生環(huán)繞感和視覺舒適性約束。算 例圖2是輕軌列車噪聲的頻譜圖[7]。圖中折線
8、表示列車70ｋｍ/ｈ時,距軌道3ｍ,高出軌頂ｍ處的頻譜;受聲點取為距軌道30ｍ處,有效高度ｍ。聲波衰減按照線聲源的衰減規(guī)律進行計算。橋架聲屏障距聲源很近,反射對乘客和降噪影響較大,軌邊矮墻及聲屏障均為吸聲型。.1 算例1以受聲區(qū)域是居民區(qū)為例,其環(huán)境噪聲應符合《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》Ⅰ類區(qū)
