公路聲屏障的參數(shù)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第3l卷第4期2010年8月河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScienceV01．3lNo．4Aug．2010文章編號(hào)：1672—6871(2010)04～0023一05公路聲屏障的參數(shù)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)趙春來(lái)，馬心坦，郭志軍(河南科技大學(xué)車(chē)輛與動(dòng)力工程學(xué)院，河南洛陽(yáng)471003)摘要：在聲屏障聲學(xué)設(shè)計(jì)和測(cè)量規(guī)范的基礎(chǔ)上，提出公路交通聲屏障的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。通過(guò)分析位置、高度、長(zhǎng)度等因素對(duì)聲屏障降噪性及經(jīng)濟(jì)性的影響，建立以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)

2、函數(shù)，降噪要求為約束條件的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。根據(jù)公路交通噪聲1／3倍頻程譜分析插入損失，使結(jié)果更精確。通過(guò)優(yōu)化算例與傳統(tǒng)方案對(duì)比，驗(yàn)證了優(yōu)化方案在經(jīng)濟(jì)性和降噪性方面的優(yōu)越性。并通過(guò)對(duì)比聲源與受聲點(diǎn)距離改變時(shí)的算例，分析聲屏障建造位置的選擇。關(guān)鍵詞：交通噪聲；插入損失；優(yōu)化；降噪性中圖分類(lèi)號(hào)：TUll2．594文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AU刖吾近年來(lái)，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量持續(xù)上升，公路總里程不斷增加，在提高車(chē)速，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的噪聲污染問(wèn)題，直接影響人們的日常工作和生活。構(gòu)筑聲屏障是有效的降噪方式，目前在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用

3、比較廣泛。該方法降噪效果明顯，占地面積小，f耳造價(jià)昂貴。聲屏障尺寸及建筑位置等參數(shù)的選取是工程造價(jià)的主要影響因素。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該領(lǐng)域的研究主要是考慮部分參數(shù)對(duì)聲屏障插入損失的影響，通過(guò)增加吸聲模塊、改變聲屏障類(lèi)型等提高降噪性【1。3j，對(duì)位置、尺寸等參數(shù)的綜合影響及聲屏障的工程經(jīng)濟(jì)性考慮較少。本文在文獻(xiàn)[4]的基礎(chǔ)上，通過(guò)噪聲預(yù)測(cè)模型綜合分析聲屏障位置、高度、長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)聲屏障經(jīng)濟(jì)性及降噪效果的影響。以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)函數(shù)，以聲學(xué)要求及聲屏障設(shè)計(jì)參數(shù)的客觀要求等為約束條件建立數(shù)學(xué)模型，采用MATLAB軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，研究聲屏障的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

4、，探討聲屏障建造的經(jīng)濟(jì)性與降噪特性。該方法通過(guò)參數(shù)優(yōu)化選取可以改善聲屏障建筑經(jīng)濟(jì)性和降噪性能。1公路交通噪聲預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)1．1交通噪聲預(yù)測(cè)根據(jù)環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，聲壓級(jí)和聲功率"?！?jí)之間的關(guān)系式為：￡，=￡，+>：△。。“。?！?。；(1)L。=￡。+10lgro+3，(2)其中：己m為參考點(diǎn)聲壓級(jí)；L。為聲源聲功率級(jí)；∑△，。嗍“?！搿樵肼晜鞑ミ^(guò)程中衰減和修正的總和；r。為聲源到參考點(diǎn)的距離。聲壓級(jí)的預(yù)測(cè)模型可以分為兩部分：．(1)聲源。參考國(guó)內(nèi)外對(duì)于公路交通噪聲源的處理方法，聲源的高度取決于車(chē)輛的種類(lèi)，對(duì)于輕型、中型和重型車(chē)輛分別取0．35

5、m、0．85m、1．5m，計(jì)算中，交通噪聲源一般取整體平均高度1m∽1。聲源位置取在公路中心線處。車(chē)流量大于1000輛／h，長(zhǎng)度按照無(wú)限長(zhǎng)線聲源處理¨1。(2)噪聲的傳播。噪聲傳播過(guò)程中的衰減通常有以下幾個(gè)部分組成”1：擴(kuò)散衰減△。，空氣吸收衰減△。。地面吸收衰減△?。。，聲屏障衰減△。。州。，，地面反射修正△。的劬：噪聲的衰減與修正見(jiàn)表l。1．2噪聲的評(píng)價(jià)基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(0672107)作者簡(jiǎn)介：趙春來(lái)(1988一)，男，河南南陽(yáng)人，碩士生收稿日期：2010—03—13萬(wàn)方數(shù)據(jù)·24·河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版20lO

6、年(1)聲壓級(jí)。由方程(1)、(2)，受聲點(diǎn)聲壓級(jí)L。為：Lp=L，0+10igr0+∑△propag?？А^cl。n+3，(3)該聲壓級(jí)￡。應(yīng)當(dāng)滿足《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于不同區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。(2)等效聲壓級(jí)。大量噪聲的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：按A計(jì)權(quán)聲級(jí)測(cè)出的聲壓級(jí)更接近人耳對(duì)噪聲的總體評(píng)價(jià)，因此本文中受聲點(diǎn)處的噪聲聲壓級(jí)由其等效A聲級(jí)來(lái)進(jìn)行估算，輕型、中型、重型車(chē)輛分別記為f、m、h。晝問(wèn)(06：00～22：00)和夜間(22：00—06：00)分別用d和n區(qū)別。L枷為第i種車(chē)輛在接收點(diǎn)處產(chǎn)生的等效聲壓級(jí)；T為監(jiān)測(cè)時(shí)間；通常情況下為1

7、h；N；為第i種車(chē)輛在1h內(nèi)的通過(guò)量；穢；為第i種車(chē)輛的行駛速度。其方程為¨J：Ⅳ￡。f=10lgi}+LP一16；(4)』l／i整體等效聲級(jí)為：L。=10lg(ylon¨叫+lo0‘¨e)，(5)其中￡。為背景噪聲級(jí)。2聲屏障插入損失計(jì)算2．1無(wú)限長(zhǎng)聲屏障插入損失計(jì)算聲屏障降噪效果分析是基于前文所述的預(yù)測(cè)模型，無(wú)限長(zhǎng)聲屏障的插入損失為‘91：△L：=?g[蕊瀛卜4百ofi8圳；㈤?g[舞】'㈦警呲6=A+B—S。(7)等效頻率在計(jì)算插入損失時(shí)運(yùn)用比較廣泛，但是，有大量的計(jì)算結(jié)果表明，等效頻率在插入損失計(jì)算時(shí)，精度不能滿足要求，故本文中計(jì)

8、算時(shí)采用1／3倍頻帶法進(jìn)行計(jì)算，以提高計(jì)算精度。式(6)中，△t為1／3倍頻程中心頻率處的插入損失，i取63—8000Hz∽為不同倍頻帶處的中心頻率值；6為聲程差，如圖1所示；c為噪聲傳播的速