铁路与城市轨道交通振动与噪声

第八章铁路与城市轨道交通振动与噪声噪声和振动是密切相关的，不可分开振动越大，则噪声也就越大振动由固体介质传播噪声由空气介质传播当物体振动时能引起噪声噪声也能引起固体介质的振动所以就要根据振动和噪声的特性采用适当的方法，以达到减振降噪的目的图8-1轮轨噪声示意图1．振动对人的影响人对振动的响应限界，这四个参数是：振动频率振动水平振动作用于人体的方向暴露时间第一节振动的产生及评价标准表8-1人体能承受振动加速度的最小值人体承受振动时间(小时)2484垂向振动加速度(m/s2)≤0.14≤0.315≤0.53横向振动加速度(m/s2)≤0.1≤0.224≤0.355即舒适感降低界限和暴露极限。把“疲劳---工效降低界限”的相应值除以3.15即成为能保障舒适的“舒适感降低界限”。当人处于较强振动环境中，就会影响人的安全和健康，因此制定保障安全与健康的振动“暴露极限”，把上述“疲劳—工效降低界限”的相应值提高一倍，就成为振动的“暴露极限”。2.环境振动测量描述振动的物理量为频率和振幅对人体来说，能感知的振动频率范围是1~0.1kHz对于环境振动，人们所关心的是人体反映特别敏感的1~80Hz的振动加速度评价加速度也常用加速度级La表示，其定义为：(dB)(8-1)式中a为振动的加速度有效值；a0为加速度参考值(10-6m/s2)。0lg20aaLa单值振动级评价用来评价振动对人体的效应，同时便于简化测量，其定义为：式中，VL为振动计权加速度级(dB)；VALi为每个频带的振动加速度级(dB)；ai为各个频带的计权因子。dB)1010lg(1010102211aLVaLVAAVL3．振动强度标准表8-2ISO关于建筑物内振动限制值的建议值表8-2ISO关于建筑物内振动限制值的建议值地点时间振动级，dB，a0=10-6(m/s2)连续、间歇振动和重复性冲击每天只发生数次的冲击振动严格工作区(医院手术室、精密试验室)全天X(Y)轴Z轴混合轴X(Y)轴Z轴混合轴717471717471住宅白天77-8380-8677-83107-110110-113107-110夜间74777474-9777-10074-97办公室全天838683113116113车间全天899289113116113表8-3城市各类区域铅垂向Z振级标准值(dB)区域类型适用地带范围昼间夜间0特殊住宅区65651居民、文教区70672混合区、商业中心区75723工业集中区75724交通干线道路两侧7572铁路干线两侧8080表8-4各国铁路环境振动限值表8-4各国铁路环境振动限值国家限值(dB)依据或发布部门中国86“京沪高速铁路环境影响预评价”研究提出的建议值中国80GB10070—1988《城市区域环境振动标准》日本90日本环境厅国际铁路联盟86ORE报告提出的建议值挪威83.5~91Oslo~Gardermoen铁路的设计要求第二节噪声的产生及评价标准表8-5典型的噪声强度交通运输噪声源离噪声源距离(英尺)噪声强度(dBA)其他噪声源离噪声源距离(英尺)备注喷气式飞机起飞200130空袭警报痛阈噪声汽车喇叭3110强功率摇滚乐最大发声值100大声呼喊0.5非常令人烦恼重型卡车通过5090空气凿岩锤50长期暴露丧失听力列车从结构物上通过5085城市公共汽车5080推土机50令人烦恼吸尘器3列车通过5075搅拌机3高速公路5070割草机50停站列车5065洗衣机3有干扰低交通量道路5060电视机10谈话10低交通量道路10050电冰箱3安静40图书馆30细声谈话15非常安静0听力临界值(1)声功率级0lg10WWLWW为声功率(W)；W0为参考声功率，取1×10-12(W)(2)声强级0lg10IILII为声强(W/m2)；I0为参考声强，取1×10-12(W/m2)I0I（3）声压级2020lg10lg20ppppLpCpI2声压与声强的关系声压级计算式声功率级与声压级之间的关系11lg20rLLpW8lg20rLLpW空间点声源光滑地面点声源p为声压(N/m2)；p0为参考声压，取2×10-5(N/m2)在同样声压情况下，不同的频率人的感受也不一样，有此声音悦耳，有些声音恐怖。人耳级感受的频率为20Hz~20kHz，目前所用的噪声测量仪采用A加权方法。A加权曲线等效噪声等效声级LAeq为规定时间内A声级的能量平均值])(1lg[100202dtptpTLTAeq连续信号：)101lg(1011.0niLAeqAinL离散信号：噪声标准国家评价指标容许值类别昼间夜间整天建筑物正面噪声级澳大利亚LAeq新建铁路线的指标65~7055~60LAeq新建铁路线的指标6063(24h)丹麦LAmax8588LAeq降噪计划极限值6065~70(24h)法国LAmax高速线极限值65~75Lr=LAeq-5新居住区指标50~5540~4559(昼)德国新建和改造线极限值594949(夜)LAeq新建铁路最佳值60505560(24h)荷兰LAeq新建铁路最大值73636850(23:00~7:00)LAeq新建铁路线的指标556060挪威LAmax50瑞典LAeq60LAeq新建住宅指标554268(6:00~24:00)英国新建线隔声法规686363(6:00~24:00)日本LAmax新干线标准70按ISO的标准，90(或85)dB时允许工作8h，而每超过3dB，工作时间相应减半，在96dB噪声区，只能工作2h。我国1990年11月颁布的《铁路边界噪声限值及其测量方法》表9-8等效声级LAeq(dB)类别昼间夜间0504015545260503655547055*上表中0~4类地区的划分标准同表9-3。第三节铁路噪声的组成牵引电机和动力设备噪声轮轨相互作用和轨道结构振动噪声车体的空气动力噪声如桥梁地段，还有结构的二次噪声如电力机车车辆，则还有受电弓噪声高速列车的噪声主要有四部分组成：轮轨噪声结构噪声受电弓噪声车体空气动力噪声综合噪声四种噪声形成，计算式如下：式中，为列车通过时的综合噪声，为轮轨噪声为结构噪声为受电弓噪声为车体空气动力噪声)10101010(log1010/10/10/10/10LALPLSLRLLLRLSLPLA城市轨道交通的结构二次噪声在综合噪声中占较大比重，如上海轨道交通3号线，混凝土箱形梁共鸣引起的噪声，钢桥引起的噪声在总体噪声中占较大比重。轨道交通的空调噪声、电机噪声等也在综合噪声中占一定的比重。第四节轮轨噪声3种主要类型：尖叫噪声(啸叫噪声)冲击噪声轰鸣(或滚动)噪声滚动噪声和波磨噪声(轰鸣噪声)由于钢轨或车轮表面的粗糙度，钢轨表面波磨等，当列车通过时，就产生滚动噪声。滚动噪声主要是由于轨面的粗糙度在轮轨接触条件下被压变形，使得车轮滚动过程中，轮轨接触斑的大小处于变化状态。另外：钢轨弹性模量变化也要占滚动噪声的：3~10%；轨头半径变化也要占滚动噪声的：10~15%；冲击噪声主要由于轮轨接触斑的瞬间分离，造成冲击噪声。车轮通过轨缝、道岔或擦伤的车轮等在钢轨上滚动时所引起的噪声如低(高)接头、钢轨剥落、车轮扁瘢等都可以引起附加的轮轨动力激发车轮和钢轨振动造成轮轨辐射噪声啸叫噪声当车辆通过小半径曲线时由于车轮受转向架的约束，不能正切于钢轨运行也即车轴不能处于曲线的径向位置引起车轮沿着钢轨滚动时横向滑过轨头由此产生轮轨接触表面的粘着和空转引起车轮共振接着产生强的窄频带的尖叫声噪声的频率车轮噪声峰值约在1k~2kHz范围内，属高频噪声；钢轨噪声峰值约在500~1kHz范围内，属中、低频噪声；滚动噪声峰值在500~1kHz范围内，主频集中在500Hz左右，以中、低频成分为主；尖叫噪声的频率集中在4k~6kHz高频范围内。因此看出，轮轨噪声主要由钢轨振动产生。5.轮轨噪声的预测(1)轮轨表面粗糙度激励(2)车轮振动(3)钢轨振动(4)轨枕振动(5)声辐射6.轮轨噪声的估算(1)无缝线路轨道(2)普通有缝线路轨道(3)隧道内线路轨道0log3074vvLA0log3081vvLA6log301020vvLA第五节减振降噪措施1.降低滚动噪声的措施(1)车辆降噪措施(2)轨道减振降噪措施(3)线路旁隔音装置2.轮轨冲击噪声的降噪措施3.钢轨波磨噪声的降低措施4.啸叫噪声的降低措施第六节减振降噪型轨道结构1．轨道结构的振动和噪声特点(1)轨道结构的选择(2)无碴轨道结构的振动与噪声特点(3)对减振降噪型无碴轨道结构的要求2.轨道结构部件与一般减振降噪措施3.城市轨道交通轨道结构钢轨扣件的选择谢谢大家！