第1章绪论

1.1课题研究背景及来源

在改革开放之后，我国的经济得到了快速地发展，社会城市化的进度也逐渐变快，人民生活的不断提高，各省份及城市间交通系统的不断完善，交通体系的快速建立，各种交通道路难免会穿插于城镇间人口密集的居住区，人们的生活必然逃脱不了交通噪声污染的影响。在物质生活不断提高的当下社会，随着人们越来越重视自己的生活质量，噪声治理也逐渐从不被重视的边缘地带被放至于了当下及未来交通发展中的重要位置。据相关统计，在全国各大城市之中，有将近49%的城市属于轻度交通噪声污染，而约17%的城市处于中度交通污染环境之中”。但是随着城市区域面积的不断扩展，居民平均出行次数和距离的增加，既有交通运输能力的局限性导致了各大城市道路交通拥挤阻塞的现象不断出现，为了缓解这种交通压力，高架立交桥、轨道交通体系也逐渐出现在道路交通发展当中。高速铁路在铁路体系当中所起的作用越来越重要，伴随着它的发展，声屏障的使用数量大幅度增加，随之出现的问题也逐步暴露了出来。高速列车通过声屏障区，高速运行引起的脉动荷载力对声屏障的结构安全和使用寿命带来了威胁，如德国早期德隆一法兰克福高铁线路安装的声屏障因列车运行脉动力影响产生扭曲变形、底部连接螺栓受剪切破坏，这种现象的发生十分不利于高速铁路的运行。因此，为了减少和避免这种现象的发生，许多学者和专家对新型结构声屏障展开了研究，减载式声屏障就是其中的一种。最常见的减载声屏障是在声屏障单元板上开孔，通过孔隙降低列车通过时对声屏障产生的荷载力，除此之外，国内外学者对一些新颖有效地声屏障减载结构进行了研究，并且采用相关模型计算对具有减载结构声屏障的降噪效果进行了分析研究。

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1.2声屏障国内外研究现状

国外一些国家对铁路噪声治理的研究起步比国内早，美国、日本、德国等早在上世纪60年代就对声屏障治理铁路噪声展开了研究，并且在70年代中期声屏障的研究得到了较大发展。据相关数据显示在上世纪90年代美国已建成的公路声屏障长度已多达7000公里，日本也达到了 1000公里以上的声屏障建设。我国在1992年的贵黄高速上安装了声屏障开创了我国声屏障应用技术的先河，在2004年7月12日由我国环境总局颁布的《声屏障声学设计和测量规范》为我国的声屏障的研究和发展提供了规范标准依据，在规范的道路上有力地促进了我国声屏障的研究与发展。L.Godinho等通过边界元法对高层建筑物附近声源以及刚性声屏障作了相关研究，分析了声源在声屏障边界的散射情况及声屏障后方的声影区，对声屏障周围声传播的特性通过时间域给予了较好的解释，并研究了其声波传播规律，通过相关计算并应用傅里叶变换得出声屏障的声压损失[4，5]。C.Cianfrini等通过对平行道路两侧声屏障声学特性的理论分析，得出了道路声屏障镜像、声散射和反射特性的有关结论[6]。W.E.cheng等通过预测理论对一些噪声治理措施进行了分析，并且用缩尺模型实验 .的结果验证了理论模型的正确性；此外，还对一种高层建筑窗口优化声屏障的声学特性进行了分析和研究，通过缩尺模型和计算机编程分别对斜向声屏障的声学特性及不同角度情况下声屏障的声场分布给予了研究，得出了对于低频噪声声屏障的降噪效果较差的结论[7]。

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第2章铁路噪声及声屏障降噪原理

2.1铁路噪声的组成

铁路噪声按照其产生部位及机理可分为牵引动力噪声、辅助设备噪声、集电系统噪声、轮轨噪声、空气动力噪声和桥梁结构噪声，如图2-1所示。对于高速铁路而言，随着列车速度的提升其噪声组成也发生了变化，其噪声组成主要为轮轨噪声、集电系统噪声、空气动力噪声及桥梁结构噪声。列车通过内燃机或电力系统为其提供动力使能列车在轨道上行驶，内燃机和电力系统的运行中会产生噪声，将这些牵引动力系统运行中产生的噪声统称为牵引动力噪声。在列车车体当中，通常配备有相关辅助设备为列车在运行过程中提供相应支持（如空调系统），将这些由设备产生的噪声称为辅助设备噪声为列车提供电力支持的集电系统产生的噪声称为集电系统噪声。这部分噪声包括受电弓与导线虚触和摩擦产生的噪声、受电弓高速运动与空气摩擦产生的空气动力噪声及受电弓瞬间离线时产生的火花电弧放点噪声，随着列车的高速运行，集电系统噪声越来越不可忽视。当列车行驶速度在35?300km/h时，轮轨噪声是列车噪声的主要噪声，其按噪声产生的机理可分为滚动噪声、冲击噪声和嘛叫。由于车轮表面的粗糖度激发轮轨系统产生振动并通过空气介质向周围环境传播的噪声为滚动噪声；将由钢轨轨缝、不平钢轨接头、车轮踏面局部磨损或扁症等激发轮轨系统产生振动声福射噪声称为冲击噪声；当列车在小半径曲线运动时，轮缘挤压外轨及内侧车轮踏面在钢轨上发生横向滑动产生的一种高频噪声。

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2.2铁路噪声的特点

由于铁路线的跨度较大，铁路沿线周围环境的复杂性造成了铁路噪声除一般噪声的特点外也有本身独自特点：从污染属性看，铁路噪声属于物理污染，无实质性污染物，污染产物不会积累，最终以热能形式消失；铁路噪声污染的时间取决于噪声源，当噪声源停止后，噪声污染会消失；列车在轨道上的行驶具有较强流动性，造成其噪声污染位置的不确定性，可将其看成一种有限长的运动线声源；对于一般的桥梁结构，列车通过高架桥产生的噪声具有声源位置高、传播距离远的特点，随着我国列车的不断提速，高速铁路噪声除轮轨噪声外，车体空气动力噪声与集电系统噪声所占比重也逐渐变大，且在桥梁区段峰值均出现在低频段，在路基区段的噪声频谱呈宽频特性。在铁路噪声系统中，若要对噪声源进行控制，那么就需要对钢轨、车轮、集电系统等噪声产生部位采取噪声控制。如对于普通铁路，将标准钢轨煙接成长钢轨，减少钢轨接头数量，尽量使用无缝钢轨；对于车轮可以通过釆用空心轴，减轻轴箱、齿轮箱等减少车轮作用力，或者使用弹性车辆、降噪车轮等；在列车行驶中尽量减少鸣笛次数；制动系统中采用盘形制动或高憐阀瓦制动代替闹瓦制动；而对于高速铁路，在车体设计时，使车头与车体具有较好流线型，提高车体表面的平滑度；使用复数受电弓，降低电火花声，减少噪声的扩散。

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第3章减载结构声屏障仿真研究........ 20

3.1声屏障仿真模型计算 ........20

3.2减载声屏障仿真模型建立及验证........ 21

3.2.1声屏障减载结构选择........21

3.2.2边界条件及声源分布........  22

3.3仿真计算及结果分析........ 29

3.3.1声场测点确定........   29

3.3.2不同减载结构对声屏障隔声性能影响 ........30

3.4 本章小结........ 44

第4章减载声屏障隔声性能试验研究........ 45

4.1试验原理........ 45

4.2试验条件........ 45

4.3试验样件........ 46

4.4试验布置及测试........ 47

4.5试验结果对比及分析 ........49

4.6试验结果与仿真结果对比分析 ........56

4.7隔声量对声屏障插入损失的影响........ 56

4.8本章小结........ 59

第4章减载声屏障隔声性能试验研究

4.1试验原理

能在噪声传递过程中阻碍噪声传播的材料或结构被称为隔声材料或隔声结构。而作为对隔声材料或隔声结构隔声性能评判标准的隔声量通常经过试验测得，隔声量的测量根据测量地点的不同通常分为实验室测量和现场测量。由于现场测量所受到的周边影响因素较多，成本较高且不易控制，不能比较方便准确测量出隔声材料或隔声结构的隔声量，而在实验室测量时，测试条件具有较好的控制性，能尽量避免其他因素对测试结果的影响，并且能够保证声源从声源室主要通过试件传递到接收室，其他途径声能的传递也可尽量避免，从而能够使测得结果较为准确的反应出试件的隔声性能。因此，通常情况下对试件隔声性能的测试都在实验室进行，本文也将采用实验室测量法对研究对象的隔声性能在隔声室进行测试。本试验在常州西南交通大学轨道研究院减振降噪研究所的隔声室开展，隔声室由两个均为混响室的声源室和接收室以及两房间之间一个Imxlm的测试洞口组成，发生室净空尺寸为5.4inx4.1mx3.3in，受声室净空尺寸为4.5inx4.2nix3.3m，最大可测隔声量单值评价量为69dB (A),本地噪声为11.5dB (A),测试房间符合GB/T 19889.1-2005的要求。

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结论

随着交通运输业地不断发展，人们在享受交通便利的同时也承受着交通带来的负面影响，其中交通噪声对人们生活和工作的影响日益突出，声屏障作为治理交通噪声的有效措施被广泛地应用于实际工程当中。我国高速铁路的快速发展对传统声屏障治理铁路噪声提出了新的考验，列车高速运行形成的脉动荷载力不仅会对传统声屏障结构安全及使用寿命造成威胁，为了减少这种脉动荷载力对声屏障的损害，一些学者提出了减载式声屏障的概念。本文通过仿真模型计算和相关试验对百叶窗式、嵌板式、V型3种减载式结构声屏障的降噪性能做了研究，现将研究结果总结如下：

(1)通过仿真模型计算，发现百叶窗式、嵌板式、V型减载结构的声屏障具有一定的降噪性能；3种减载结构声屏障的降噪性能在中高频段能够得到更好的体现；与传统直立型声屏障对比，百叶窗式、嵌板式、V型3种减载结构声屏障的降噪性能偏低，说明减载结构对声屏障的降噪性能起到了一定程度的弱化影响。

(2)声屏障减载结构的变化对声场近场区声压级的影响比远场区的大。

(3)对于百叶窗式减载结构，百叶窗叶板的倾斜角度能够影响声屏障的降噪性能，叶板倾斜45°的减载结构比叶板倾斜60°的减载结构更有益于声屏障的降噪性能。

(4)对于V型减载结构，V型的摆放方式对声屏障的降噪性能有影响，倒立V型结构比正立V型结构更利于声屏障的降噪性能。

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参考文献（略）