地铁高架箱型梁正下方噪声辐射特性试验分析

罗雁云,唐吉意,林 平

(1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海 201804;2.宁波市轨道交通集团有限公司,浙江 宁波 315010)

· 环境辐射 ·

地铁高架箱型梁正下方噪声辐射特性试验分析

罗雁云1,唐吉意1,林 平2

(1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海 201804;2.宁波市轨道交通集团有限公司,浙江 宁波 315010)

为了研究地铁高架箱型梁正下方噪声辐射特性，以宁波地铁1号线为例，进行现场测试，并对噪声数据进行1/3倍频程分析，特征频率下的线性声压级时域特性分析及线性声压级对比分析。结果表明，各测点在不同车次列车通过时，均在50～80Hz频率范围内取得全频段峰值，且箱型梁底板处测点的峰值最大；各测点在列车通过时，线性声压级曲线的波动范围很相近，且存在一定的交错；在低频0～50Hz范围内，噪声主要分布于箱型梁桥下空间的底部；在中低频80～630Hz范围内，噪声主要分布于箱型梁底板附近。

噪声辐射；箱型梁；1/3倍频程；频谱特性

1 引 言

箱型梁力学特性优良且构造简单；架设安装方便且易保养维护；跨越能力大，线形简洁美观且桥下视觉效果好。近年来，箱型梁被广泛应用于高速铁路及城市轨道交通。但在列车荷载作用下，箱型梁会产生振动并向周围环境辐射噪声；近年来，国内外专家学者对高速铁路箱型梁噪声辐射问题进行了许多研究[1～10]，国内方面的一些典型研究如下。

模拟仿真方面，刘林芽[11]等建立腹板无孔与腹板开孔两种工况下的三维实体有限元模型，采用有限元—边界元耦合声学求解方法，分析了腹板开孔的箱型梁结构噪声辐射特性。许代言[12]等采用箱型梁有限元边界元耦合声学计算模型，求解了跨中断面各受声点的线性声压级及二维声场分布。方小华[13]等基于高架线简支箱型梁，建立轨道—桥梁振动传递特性分析模型，研究简支梁跨度、轨下刚度、桥上轨道结构形式以及箱型梁断面等因素对高架桥梁结构与噪声辐射相关的振动传递特性的影响。李晶[14]等使用ANSYS对箱型梁三维模型进行瞬态动力学分析，用一列移动荷载模拟列车过桥，然后将位移响应结果导入Virtual.Lab Acoustics中，作为边界条件，计算外声场。现场试验方面，西南交通大学李小珍团队[15～19]以某高速铁路客运专线32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象，开展振动与噪声现场试验；分析了箱梁振动与噪声的时域特性及频谱特性；基于相干分析法对高铁简支箱梁结构噪声源识别方法进行了研究；并研究了扣件刚度与阻尼对铁路箱梁车致振动噪声的影响及铁路混凝土箱梁箱内空腔共鸣噪声。

然而，已有的箱型梁噪声辐射研究(包括现场试验)基本以高速铁路为主，而关于城市轨道交通方面的很少；而且，由于地铁高架箱型梁噪声源十分复杂且受诸多因素影响，模拟仿真与实际试验效果相符度不高；因此，有必要加强对地铁高架箱型梁噪声辐射特性的试验研究。本文以宁波轨道交通1号线高架箱型梁为例，通过现场测试，对箱型梁正下方噪声辐射特性进行分析，为地铁高架箱型梁噪声辐射研究及噪声辐射控制提供一定参考。

2 试验设计

试验选取了宁波轨道交通1号线高架箱型梁，采用实际运营的地铁B型车，6辆编组，转向架中心距12.6m，转向架轴距2.3m，带司机室拖车长19.65m，动车长19m，宽2.89m，接触网供电。测试截面位于简支箱型梁跨中，如图1所示，在箱型梁中心线正下方布置三个高度不同的噪声测点，三个测点位于同一条竖直线上，测点标号为9、10、11，离地面高度分别为1.2m、3.6m、6m。试验设备包括：丹麦B&K4189声传感器(量程6～20Hz)，丹麦B&K2671传声器前置放大器(量程6～50 000Hz)，东方所振动噪声采集仪，笔记本电脑，屏蔽信号线(防止信号干扰)。图2为现场试验图，列车经过时，进行噪声数据采集，每一列车经过时，采集一组数据。为减小测试误差，采集多组数据，并进行有效数据筛选，其中测点9有9组有效数据，测点10及测点11的有效数据为8组；对这些有效数据进行1/3倍频程分析、线性声压级时域特性分析及传递特性分析。

图1 测点布置示意图Fig.1 Arrangement of measuring points

图2 数据采集系统Fig.2 Data acquisition system

3 1/3倍频程分析

为得到各测点噪声的频谱特性，对其进行1/3倍频程分析，测点9～11的1/3倍频程线性声压级如图3～图5所示。从全频段峰值方面分析，3个测点在不同车次列车通过时，均在50～80Hz频率范围内取得全频段峰值；其中，测点11处的全频段峰值最大，达到89dB，测点10次之，测点9最小。从峰值数量及分布情况上看，测点9共有四个峰值，分别位于8Hz、50Hz、160Hz及800Hz附近；测点10、11共有3个峰值，分别位于8Hz、63Hz及630Hz附近。

对于测点9，从线性声压级沿频率变化趋势上来看，在0～12.5Hz频率范围内，声压级随频率先增大后减小，在8Hz附近取得极大值，在12.5Hz附近取得极小值；在12.5～100Hz频率范围内，声压级随频率先增大后减小，在50Hz附近取得极大值，在100Hz附近取得极小值；在100～250Hz频率范围内，声压级随频率先增大后减小，在160Hz附近取得极大值，在250Hz附近取得极小值；在250～5 000Hz频率范围内，声压级随频率先增大后减小，在800Hz附近取得极大值。

图3 测点9的1/3倍频程线性声压级Fig.3 1/3 octave linear sound pressure level of No.9 measuringpoint

从线性声压级沿频率变化趋势方面来看，测点10及测点11基本相同，在0～12.5Hz频率范围内，声压级随频率先增大后减小，在8Hz附近取得极大值，在12.5Hz附近取得极小值；在12.5～250Hz频率范围内，声压级随频率先增大后减小，在63Hz附近取得极大值，在250Hz附近取得极小值；在250～5 000Hz频率范围内，声压级随频率先增大后减小，在630Hz附近取得极大值。

图4 测点10的1/3倍频程线性声压级Fig.4 1/3 octave linear sound pressure level of No.10 measuringpoint

图5 测点11的1/3倍频程线性声压级Fig.5 1/3 octave linear sound pressure level of No.11 measuringpoint

4 时域特性分析

由于3个测点在每次列车通过时，均在50～80Hz频率范围内达到全频段峰值，为详细了解特征频率(50～80Hz)下的噪声声压级传递规律及时间特性，截取包括列车通过的24s声压信号进行滤波和时变参量分析，得到各噪声测点的线性声压级时域特性，如图6所示。总体上，列车通过时，测点9～11的线性声压级分别为88dB、88dB和89.5dB，且与列车未通过时相比，3个噪声测点在列车通过时的线性声压级都有了明显增加，声压级最大增加量为25dB。列车通过过程中，三条线性声压级曲线波动范围很相近，且存在一定的交错。结果表明，列车通过时，高架箱型梁正下方噪声辐射沿高度方向线性声压级差别不明显。

5 线性声压级对比分析

各噪声测点的线性声压级对比分析如图7所示，3个噪声测点均在50～80Hz频率范围内出现了峰值，最大达88dB，且测点11的声压级大于测点10的声压级，测点10的声压级略大于测点9的声压级；在此特征频率之前，即在0～50Hz频率范围内，测点9的线性声压级大于测点10和测点11的线性声压级。结果表明，低频0～50Hz范围内的噪声主要分布于箱型梁桥下空间的底部。由图7还可以看出，在630～800Hz频率范围内出现了局部峰值，在该局部峰值对应的特征频率与全频段峰值特征频率之间的范围内(80～630Hz)，测点11的线性声压级最大。结果表明，80～630Hz频率范围内的中低频噪声主要分布于箱型梁的底板附近。

图6 特征频率下的线性声压级时域特性Fig.6 Linear SPL time-domain characteristics of characteristic frequencies.

图7 各测点线性声压级对比分析Fig.7 Comparison analysisof linear SPL of measuring points

6 结 语

地铁高架化是地铁建设的发展趋势，箱型梁是高架桥的重要结构方式，研究地铁高架箱型梁噪声辐射特性对噪声控制具有重要的现实意义。通过对实际运营的地铁高架箱型梁线路现场测试及数据分析，结果表明：

(1)列车通过时，箱型梁正下方各噪声测点，均在50～80Hz频率范围内取得线性声压级全频段峰值，且箱型梁底板处测点的峰值最大，说明箱型梁正下方噪声辐射以低频为主。

(2)列车通过时，箱型梁正下方各高度不同的噪声测点线性声压级曲线的波动范围很相近，且存在一定的交错，说明箱型梁正下方噪声声压级沿高度变化不大。

(3)列车通过时，在低频0～50Hz范围内，噪声主要分布于箱型梁桥下空间的底部，说明桥下的行人及汽车容易受到低频噪声辐射。

(4)列车通过时，在中低频80～630Hz范围内，噪声主要分布于箱型梁底板附近，结合结论(3)，说明中频噪声由底板往下辐射过程中产生一定衰减，而低频噪声则衰减很少。

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Test and Analysis of Noise Radiation Characteristics below the Metro Viaduct Box Girder

LUO Yan-yun1, TANG Ji-yi1, LIN Ping2

(InstituteofRailTransit,TongjiUniversity,Shanghai201804,ChinaNingboRailTransportationGroupCo.,Ltd.,Ningbo,Zhejiang315101,China)

In order to study the noise radiation characteristics of the metro box girder, taking Ningbo Metro Line 1 as an example, field test was carried out. The noise data was analyzed from three aspects, the 1/3 octave analysis, the time domain analysis of linear sound pressure level characteristic frequencies and the comparison analysis of linear SPL of measuring points. The results show that when the train passes, the peak value is reached in the 50～80Hz frequency range, and the peak value of the measuring point in box girder floor is the largest. The fluctuation range of the linear sound pressure level curves is very close, and there is a certain degree of interleaving. The low frequency noise of 0～50Hz is mainly distributed at the bottom of the space under the bridge. In the range of 80～630Hz, noise is mainly distributed near the bottom plate of the box girder.

Noise radiation; box girder; 1/3 octave; frequency domain characteristics

2017-03-30

国家自然科学基金资助项目(51678446)。

罗雁云(1960-)，男，上海人，2005年毕业于同济大学力学专业，博士，教授，博士生导师，主要从事铁路噪声与振动控制研究。

U239.5

A

1001-3644(2017)03-00101-05