轨道交通陶粒混凝土吸声板降噪效果的测试分析.pdf

第 6 0卷第 1 期 2 0 1 6年 1月 铁 道标准 设 计 RAI LW AY S TANDARD DES I GN Vo L6 0 NO I J a n 2 0 1 6 文章 编号 ： i 0 0 4 2 9 5 4 ( 2 0 1 6 ) O l 一0 0 4 8 0 4 轨道交通陶粒混凝土吸声板降噪效果的测试分析 朱万旭 ，张 庆。 ，李 丽 ，刘卫丰 ，周红梅 ，刘 玮。 ( 1 广西岩土力学与工程重点实验室 ， 广西桂林5 4 1 0 0 4 ； 2 桂林理工大学土木与建筑工程学 院 ， 广西桂林5 4 1 0 0 4 ； 3 中铁工程设计咨询集团有限公司轨道工程设计研究院 ， 北京1 0 0 0 5 5 ； 4 北京交通大学 ， 北京1 0 0 0 4 4 ； 5 柳州汉西鸣建材发展有限公司 ， 广西柳 州 5 4 5 0 2 5 ) 摘要 ： 创造低噪声的乘车环境 ， 建 立减振 降噪环境友 好型 的地铁站 区环境 已成为轨 道交通 建设 的发展 趋 势。测 试 分析 一种 陶粒 混凝 土制作 的新型吸音 结构 H C M 型吸声板 的降噪效果。试验在 北京交通大 学轨道 减振与振动 控 制 实验 室中进行 ， 将吸声板铺设在轨道的钢轨之 间， 在 道床 和隧道壁 上布置测 点 ， 模拟 干燥 、 潮湿、 下雨 以及潮 湿后 干燥的工况进行 试验 测试。分析 结果表 明 ： 不 同测点和工 况下， 减噪 效果都能达到 4 5 d B A； 频域 分析表 明 ， 吸声 板 具有较宽的降噪频段 。对于隧道 壁测点 ， 吸声板对 2 5 0 H z 以上频段 噪声的降噪效果较优 ； 对 于道床测 点， 吸声板 对 5 0 0 H z以上频段噪 声的降噪 效果较好 。 关键词 ： 轨道 交通 ；陶粒混凝土 ；吸声板 ；降噪测试 ；H C M 中图分类号 ： U 2 3 9 5 ； T U 5 2 文献标识码 ： A D Ol ： 1 0 1 3 2 3 8 i i s s n 1 0 0 4 2 9 5 4 2 0 1 6 0 1 0 1 0 Te s t a nd An a l y s i s o f No i s e Re d uc t i o n Ef f e c t o f Ce r a m s i t e Co n c r e t e So un d a bs o r b i ng Bo a r d Z H U Wa n X U ， Z HA N G Q i n g ，L I L i 一， L I U We i f e n g 4 ，Z HO U H o n g m e i ， L I U We i ( 1 Gu a n g x i Ke y L a b o r a t o r y o f Ge o me c h a n i e s a n d Ge o t e c h n i c a l En g i n e e r i n g ；2 Co l l e g e o f C i v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e， Gu i l i n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Gu i l i n 541 00 4，Ch i n a；3 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng De s i g n Re s e a r c h I ns t i t ut e，Ch i n a Ra i l wa y En g i n e e r i n g C o n s u l t i n g Gr o u p C o ，L t d ，B e i j i n g 1 0 0 0 2 0，Ch i n a ；4 B e i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y ，B e ij i n g 1 0 0 0 4 4，C h i n a ； 5 L i u z h o u HC M B u i l d i n g Ma t e r i a l s De v e l o p me n t Co ，L t d ，L i u z h o u 5 4 5 0 2 5，C h i n a ) Abs t r a c t ：I n r e c e n t y e a r s ，c r e a t i ng l o w n o i s e t r a v e l i n g e n v i r o n me n t a n d e s t a b l i s h i n g v i b r a t i o n a n d n o i s e r e d u c t i o n e n v i r o n me n t f r i e n d l y s u b wa y e n v i r o n me n t h a s b e c o me t h e t r e nd o f t h e c o n s t r uc t i o n o f r a i l t r a n s i t i n Ch i n a Th i s pa pe r a n a l y z e s t h e n o i s e r e d u c t i o n e f f e c t o f a n e w s o u nd - a b s o r b i n g s t r u c t u r e HCM s o u n d - a b s o r b i n g bo a r d ma d e o f c e r a ms i t e c o n c r e t e T e s t s we r e c a r r i e d o ut i n Tr a c k Vi br a t i o n Da mpi n g a n d V i b r a t i o n C o n t r o l L a b o r a t o r y o f B e i j i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y T h e s o u n d a b s o r b i n g b o a r d s w e r e l a i d b e t we e n t h e r a i l s o f t h e t r a c k a n d me a s u r i n g po i n t s we r e a r r a n g e d i n t h e r o a d b e d a n d t he wa l l o f t he t un n e 1 T he b o a r d s we r e t e s t e d u n d e r s i mu l a t e d d r y，h umi d， r a i n y a n d we t d ry c o nd i t i o n s An a l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t ： n o i s e r e d u c t i o n b y 4 5 d BA c a n b e o b t a i n e d a t d i f f e r e n t me a s u r i n g p o i n t s u n d e r d i f f e r e n t c o n di t i o n s ；s o un d a b s o r b i n g b o a r d h a s a wi d e n o i s e r e d uc t i o n s p e c t r u m i n d i c a t e d b y a n a l y s i s At t un n e l wa l l me a s u r i n g po i n t s，no i s e r e d u c t i o n i s mo r e e f f e c t i v e wh e n fre q u e n c y i s o v e r 2 5 0 Hz，a nd a t 收稿 日期 ： 2 0 1 5一O 5 2 6； 修 回日期 ： 2 0 1 50 62 9 基金项 目： 广西壮族 自治区科研计 划课题 ( 桂科攻 l 5 9 8 0 0 1 ) ； 广西矿冶 与环境科学实验 中心项 目( K H 2 0 1 3 Y B 0 2 3 ) 作者简介 ： 朱 万 旭 ( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 教 授 级 高 级 工 程 师 ， 硕 士 ， E ma i l ： z h u wa n x u v i p 1 6 3 G o m。 通 讯作 者 ： 李 丽 (1 9 8 O 一 ) ， 女 ， 讲 师， 硕 士， E m a i l ： z iy i n g s h i 2 0 0 8 1 6 3 c o m。 ,i l l, e - t i l l1 , 11 1 , ll l ll 1 0 r o a d b e d me a s u r i n g p o i n t s，t he s a me i s t r ue wh e n fre q u e n c y i s o v e r 5 0 0 Hz Ke y wor ds ： Ra i l t r a ns i t ； Ce r a ms i t e c o n c r e t e； S o u n d a b s o r bi n g b o a r d；No i s e r e d u c t i o n t e s t ； HCM 龚曙光 ， 谢桂兰 ， 黄云清 A N S Y S参数 化编程与命 令手册 M 北 京 ： 机械工业 出版社 ， 2 0 0 9 赵伟 单元板式无砟轨道伤损及纵向受力分析 D 成都 ： 西南交 通大学 ， 2 0 0 8 1 2 徐凌 雁 ， 赵 陆 青 板 式轨 道 凸形 挡 台检 算 J 铁道 标 准 设计 2 0 0 6 ( S 1 ) ： 1 5 81 6 2 5 0 铁道标准设计 第 6 0卷 扰 ， 数据 处 理前 均 采 取 一定 的滤 波 措 施 。A计 权 网 络 的频率响应与人耳对宽频带声音的灵敏度相 当， 所 以 声压级计权采用 A计权。对测试采集的声压信号 ， 采 用适于瞬态信号的矩形窗分别在时域和频域内进行分 析。其声压级计算公式如下 。 p2 p L ：l g ( =2 0 1 g ( d B) 0 0 式 中L 声压 级 ； P 声 压 ： 矗 蚤 出 恨 时间 s ( a ) 无 吸声板工况 曲 恤 矗 蚤 忆 P 基 准声 压 。 3 1 时域分 析 为 了避免数据的随机干扰 ， 采集 系统对每种工况 至少 2 0组数 据进 行 了记录 ， 每组 数据的采集 时间为 6 0 s ， 并对其中 6组数据进行平均。其 中， 5种工况下 隧道壁 测点 声压 级 典 型 时程 曲线 如 图 5所示 。图 中 ， 纵坐标 为声 压级 ， 取 9 01 1 0 d B A 的范 围 ， 横坐标 为 数 据采集 的时间， 同时标出了 6 0 s 采集 时间 内声压级 的 最大值 。 时间 s ( b ) 干吸声板工况 矗 矗 暴 报 时间 s ( c ) 半饱和( 含水) 吸声板 工况 时间 s 时间 s (d ) 饱 和( 含水) 吸声板工况 ( e ) 干吸声板( 潮湿干燥) Ib 2 图 5 隧道壁测点声压级典型时程 曲线 从 典型 的测试 时 程 曲线对 比可 以看 出 ， 其 声 压 级 最 大值 由背 景工 况 的 1 0 4 4 8 d B， 在放 置 吸声板 的各 工 况均降低 了4 d B以上 ， 说 明吸声板在各种工况下均能 降噪 ， H C M 吸声 板 减噪效 果 是 明显 的 。 进一步对隧道壁测点和道床测点声压级的时程有 效值各组数据进行了平均 ， 对比分析如表 1 所示 。 表 1 隧道壁 与道床 测点声 压级有效值对比d B A 从 表 1 数 据分 析得 出以下结 论 。 ( 1 ) 吸声板 洒水 后 ， 其 降噪 效果 反 而 更 好些 ， 由 降 噪 4 d B， 进一步下降到 5 d B多。说明吸声板内部孔洞 连通性好 ， 能够迅速将水排开， 不但能很好地避免积水 影响降噪效果 ， 而且其内部影响吸声效果的物质 ， 比如 灰尘， 能够被水带走 ， 吸声板具备 自清洁能力 。 ( 2 ) 潮湿干燥后工况 降噪效果最为 明显 ， 与无 吸 声 板 工 况相 比 ， 隧 道 壁 声 压 级 有 效 值 降 低 5 5 d B A， 道床声压级有效值 降低 5 5 d B A， 比吸声板 干燥工况 的降噪分贝分别 低 1 4和 1 5 d B A。考虑 到实 际工 程 中道床上灰尘 不可避免 ， H C M吸声板 中孔洞结构 也许应更疏 松些 ， 在实 际工程应 用 中会达 到更佳 的 降噪效果。 3 2频域 分析 为 了对吸声 板 的声 学 性 能 进行 较 细 致 的 了解 ， 对 隧道壁测点和道床测点的声压进行 1 3倍 频程谱分 析 。 同样从 至 少 2 O组 记 录数 据 中选 取 6组 进行 分 析 ， 将其记录的 1 3倍频程谱线性平均 ， 以消除测试 中 的随机干扰。对比分析结果如图 6图 7所示 。图中 第 1 期 朱万旭 ， 张庆 ， 李丽 ， 等一轨道交通 陶粒 混凝 土吸声板降噪效果的测试分析 5 1 横坐标为倍频程中心频率 ， 纵坐标为倍频程幅值采用 声 压级 表示 。 1 ， 3 倍频程中心频率 H z 图 6不 同工况 隧道壁 测点声压级倍频程谱对 比 l ， 3 倍频程中心频率mz 图 7不 同工况道床测 点声 压级倍频程谱对 比 通 过 以上对 比分 析 可得 以下 结论 。 ( 1 ) 吸声板具有较宽的降噪频段。对于隧道壁测 点 ， 吸声板对 2 5 0 H z以上频段噪声 的降噪效果 比较 明 显 ； 对于道床测点 ， 吸声板 对 5 0 0 Hz以上频段噪声 的 降噪效果 比较明显。 ( 2 ) 鉴于实际轨道交通的噪声发生频率在 2 0 0 4 0 0 0 H z ， HC M吸声板应对实际轨道降噪具有较好 的 效 果 。 ( 3 ) 吸声板在 2 0 0 5 0 0 Hz 之间的频段 的降噪性 能 还应 提 高 。 4 结论 通过试验检测及数据分析 ， 得出陶粒混凝土制作的 Hc M 吸声 板全天候 、 自清 洁 ， 具有 较 好 的降噪性 能 。在 隧道实验室中， 其在干燥、 潮湿、 下雨及潮湿后干燥的工 况下 ， 降噪分贝都能达到 4 5 d B 。通过频域分析 ， Hc M 吸声板具有较宽的降噪频段。对于隧道壁测点， 吸声板 对 2 5 0 Hz 以上频段噪声 的降噪效果较好； 对 于道床测 点 ， 吸声板对 5 0 0 Hz 以上频段噪声 的降噪效果较好 ， 应 对 实际轨道 降噪具有较好 的效果 。此外 ， 试验 结果也 表 明， H C M吸声板的降噪性能还有提高的空间， 应就合理 空隙率、 低频降噪方面加强研究 ， 希冀在实际工程应用 中不断得到验证、 完善和改进。 参考 文献 ： 1 徐志胜 ， 翟婉明 轨道交通 轮轨噪声机理 分析 J 噪声与振 动控 制 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 5 25 7 2 于越 ， 常亮 ， 尹镪 高速 铁路 隧道壁 吸声材料 降 噪效果仿 真 分析 J 铁道标 准设计 ， 2 0 1 4 ( 9 ) ： 1 1 01 1 4 3 林常明 ， 陈光冶 轨道交通 噪声机理研究 与控制 J 噪声 与振动 控制 ， 2 0 0 3 ( 4) ： 59 4 金凌志 ， 陈超 ， 周晓杰 ， 等 水泥 基陶粒 多孔无砟轨 道吸声板 的制 作及性能浅析 J 混凝土与水泥制品 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 3 94 3 5 陶洪敏 ， 宋雷鸣 轨道结构 的减振 降噪技术 J 噪声与振动控制 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 4 34 5 6 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 ， 2 0 1 0 ( 1 1 ) ： 3 63 8 7 刘海成 ， 赵青 ， 陈华 北京市轨道交通房山线声屏 障板 的安装设计 J 铁道标准设计 ， 2 0 1 1 ( 1 ) ： 1 1 21 1 6 8 S B R I I HL a n d ARO D E RA c o u s t i c n o i s e s o u r c e mo d e l l i n g b a s e d o n mi c r o p h o n e a r r a y m e a s u r e m e n t s J J o u r n a l o f S o u n d a n d V i b r a t i o n ， 2 0 0 0( 3 )： 6 1 1 6 1 7 9 J e a n P， G a b i l l e t Y U s i n g a b o u n d a r y e l e me n t a p p r o a c h t o s t u d y s m a l l s c r e e n s c l o s et O r a i l s J J o u rna l o f S o u n d a n d V i b r a t i o n ， 2 0 0 0( 3 ) ： 6 7 36 7 9 1 O J o n e s C J C，T h o m p s o n D J R o i l i n g n o i s e g e n e r a t e d b y r a i l w a y w h e e l s w i t h v i s c o e l a s t i c l a y e r s e r sJ J o u r n a l o f S o u n d a n d Vi b r a t i o n ，2 0 0 0 ( 3 ) ： 7 7 97 9 0 1 1 张振淼 城市轨道交通环境噪声的评价与控制以及衰减噪声 的途 径 J 地铁与轻轨 ， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 2 02 3 1 2 毛东兴 ， 洪宗辉 环境噪声控制工程 M 北京 ： 高等教育 出版 社 ， 2O1 0 P ， 出设