鐵路高架橋梁低頻噪聲測試與環境影響評價

許 代 言

(湖南省高鐵運行安全保障工程技術研究中心，湖南 株洲 412006)

1 概述

列車通過高架橋時，由于軌道不平順會引起橋梁結構振動。橋梁壁板振動激勵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，鐵道工程和聲學領域的專家學者們針對橋梁低頻噪聲做了大量研究工作。李小珍、梁林等[4]采用統計能量法結合車輛—軌道耦合模型，分析了不同軌道形式的橋梁結構噪聲的頻變規律；劉林芽、秦佳良等[5]采用聲傳遞向量法分析了簡支槽形梁結構噪聲輻射特性；宋瑞采用FE-SEA法結合現場實驗，通過計算聲學貢獻率評價箱梁內加設橫隔板的降噪效果[6]；劉冬婭、王劉翀等[7]采用A計權聲壓級與心理聲學指標對各個測點的噪聲進行評價，驗證了A計權聲壓級對低頻噪聲的評價是不可靠的。傳統A計權聲壓級在低頻部分做了大量衰減，低估了低頻噪聲的危害，而國內針對軌道交通低頻噪聲新的評價體系尚未建立。

本文以32 m雙線混凝土簡支箱形梁為研究對象，把模態分析與實測噪聲值相結合，通過限值曲線，從對建筑物的影響和人體身心舒適度兩個方面對軌道交通高架橋低頻噪聲進行評價。

2 高架橋模態分析

自振頻率是指彈性體或彈性系統自身固有的振動頻率，通常采用模態分析求解結構的自振頻率，結合模態振型來描述和分析結構的振動狀態，本文建立32 m跨度的簡支箱形梁有限元模型，采用Block Lanczos法提取橋梁模態。通過求解橋梁結構的自振頻率和振型,分析噪聲輻射與振動之間的關系。如圖1所示即為高架橋第7階振型，變現為面板開始出現局部振動。

3 高架橋噪聲測試與評價

試驗選擇在某32 m跨度的鐵路簡支箱形梁橋下進行，該箱形梁梁高2.8 m、頂面寬13 m。箱形梁測點周圍均為寬敞的荒地，無其他遮擋。測試時將麥克風布置在跨中各采集點，聲壓采集點布置如圖2所示。其中D1～D3采集點在箱形梁的正上方，D3點距橋面板距離為2 m，每個采集點高度差為2 m；D4～D6采集點位于箱形梁正下方，D4點距底面板距離為3 m，各采集點之間高度差為3 m；D7～D9采集點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采集點布置在距線路中心線25 m處沿垂向分布，各采集點之間高度差為6 m。

我國在鐵路噪聲環境評價與控制領域主要采用A計權聲壓級，但傳統A聲壓級在低頻部分做了大量衰減，低估了低頻噪聲的危害。日本學者從拍擊振動和身心舒適度兩方面對低頻噪聲進行評價，采用兩條參考限值曲線將所測的頻譜聲壓級曲線分為四個部分，如圖3所示。其中A區域表示建筑物無振動、身心無不適感；B區域表示建筑物有振動、身心無不適感；C區域表示建筑物無振動、身心有不適感；D區域表示建筑物有振動、身心有不適感。

箱形梁跨中部分場點的線性聲壓級的頻譜曲線如圖4所示。橋梁跨中部位的場點聲壓級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，這個規律符合聲波衰減特性；根據日本低頻噪聲限值曲線評價，箱形梁峰值聲壓位于最不利的D區域內，進行降噪處理時，優先從峰值頻率入手將更為有效。

4 結語

本文以32 m雙線混凝土簡支箱形梁為研究對象，將邊界元仿真計算結果與實測數據進行對比，并采用日本低頻噪聲限值曲線進行環境影響評價。得到如下結論：

1)箱形梁結構噪聲以100 Hz以下低頻較為顯著，且聲壓級隨距離增大衰減很慢。

2)通過模態分析可知高架橋面板的局部振動與低頻噪聲輻射有密切關系。

3)根據日本低頻噪聲限值曲線評價，箱形梁峰值聲壓位于最不利的D區域內，進行降噪處理時，優先從峰值頻率入手將更為有效。