軌道減振對上蓋二次結(jié)構(gòu)的降噪效果

賈利華

（山東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究設(shè)計院有限公司，山東 濟(jì)南250000）

在車輛段綜合開發(fā)項目當(dāng)中，噪聲問題逐漸明顯，并且對于周圍環(huán)境也會造成較強(qiáng)的噪聲干擾，為實現(xiàn)軌道交通工程的綠色建設(shè)，本文開展軌道減振對上蓋二次結(jié)構(gòu)的降噪效果研究。

1 振動源強(qiáng)效果影響

在對軌道減振對上蓋二次結(jié)構(gòu)的降噪效果影響進(jìn)行研究時，首先針對振動源強(qiáng)效果進(jìn)行明確。振動源強(qiáng)是軌道周圍環(huán)境影響評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型之一，若振動源強(qiáng)過低，則說明振動的影響可能會被低估；反之，振動源強(qiáng)過高，則說明出現(xiàn)了浪費的現(xiàn)象[1]。在實際開展軌道交通工程的過程中，必須嚴(yán)格按照實際運營列車的情況、軌道條件以及其行駛的速度條件，對振動源強(qiáng)進(jìn)行合理選擇。為進(jìn)一步驗證軌道減振措施對上蓋二次結(jié)構(gòu)振動源強(qiáng)效果影響，本文選擇將其減振效果作為研究對象[2]。通過將未引入軌道減振措施的道床和引入軌道減振措施的道床進(jìn)行比較，并通過對軌道第15 股道進(jìn)行原位換鋪獲取到最直接的減振效果。將列車行駛的速度分別控制在4.5km/h、14.5km/h和24.5km/h，通過該列車行駛在兩種不同的軌道結(jié)構(gòu)上運行，測定其對周圍地坪的基礎(chǔ)減振效果，并將結(jié)果進(jìn)行記錄，繪制成如圖1 所示的振動源強(qiáng)效果影響對比圖。

圖1 振動源強(qiáng)效果影響對比圖

從圖1 可以看出，在三種不同列車行駛速度下，減振措施實施前的減振效果明顯小于減振措施實施后的減振效果，減振措施實施前減振效果在8.26dB～9.81dB 范圍以內(nèi)，減振措施實施后減振效果在16.25dB～19.54dB 范圍以內(nèi)。同時，三種不同列車行駛速度中，24.5km/h 行駛速度的變化差異最大，14.5km/h 行駛速度的變化差異最小。

為了更加直觀地了解軌道減振措施對上蓋二次結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動源強(qiáng)效果影響，考慮到在振源的周圍加入彈性材料，對振動傳播的途徑進(jìn)行切斷。在實施軌道減振的過程中，充分利用彈性元件對軌道進(jìn)行隔離的方式，能夠快速降低振動的傳遞。根據(jù)不同彈性單元的結(jié)構(gòu)不同，可將其劃分為多種不同類型的減振。本文結(jié)合微分方程，對質(zhì)量-彈簧體系振動運動進(jìn)行定量描述。在振動的過程中，通過彈性元件將基礎(chǔ)力劃分為兩個部分，其中一個是通過彈簧傳遞，另一個是通過阻尼傳遞，兩種振動在傳遞的過程中形成的力相位差角度呈現(xiàn)出直角，因此也進(jìn)一步驗證了機(jī)處理為兩個力合成而來。圖2 為絕對傳遞率曲線示意圖。

圖2 絕對傳遞率曲線示意圖

圖2 中四條曲線分別為四個不同阻尼比條件下得出的隔振效果變化曲線。從圖2 中可以看出，隨著頻率比w/wn的不斷增加，絕對傳遞率的數(shù)值越來越小，則表示隔振效果越好。在阻尼比條件不同的情況下，四種曲線的變化幅度特點完全相同，根據(jù)圖2 中所示內(nèi)容，當(dāng)頻率比w/wn數(shù)值在1.25～2.50 范圍以內(nèi)時，隔振效率可達(dá)80%以上，具有最佳的隔振效果。

2 上蓋建筑降噪效果影響

為了對比軌道減振措施在實施前后對上蓋二次結(jié)構(gòu)的降噪效果影響，在上蓋二層結(jié)構(gòu)的15 股道正上方樓板結(jié)構(gòu)的中心位置放置一個垂直方向的振動加速度裝置，與實施軌道減振措施前相比，實施減振措施后的軌道上，當(dāng)列車行駛速度為24.5km/h時，減振效果得到明顯改善。隨著振動在軌道車輛段的上蓋二層結(jié)構(gòu)上的振動不斷傳遞，減振措施處理后的上蓋二層結(jié)構(gòu)振動明顯高于上蓋三層結(jié)構(gòu)振動效果。振動會進(jìn)一步引起噪聲的產(chǎn)生，通過實施減振措施能夠有效控制振動，起到降低噪聲的作用。為進(jìn)一步探究軌道減振措施的實施對上蓋建筑降噪效果的具體影響，在上蓋二次結(jié)構(gòu)正上方樓板的中心位置設(shè)置聲級測量設(shè)備，并將測量結(jié)果與未實施軌道減振措施的道床進(jìn)行對比。同樣將列車的行駛速度設(shè)置為4.5km/h、14.5km/h 和24.5km/h，將結(jié)果進(jìn)行記錄，并繪制成如圖3 所示的上蓋建筑降噪效果影響對比圖。

圖3 上蓋建筑降噪效果影響對比圖

從圖3 對比圖可以看出，在三種不同列車行駛速度下，減振措施實施前的降噪效果明顯小于減振措施實施后的減振效果，減振措施實施前減振效果在4.26dB～6.29dB 范圍以內(nèi)，減振措施實施后減振效果在11.98dB～10.33dB 范圍以內(nèi)。從圖3 對比結(jié)果及數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步得出，在實施軌道減振措施后，噪聲得到明顯改善。將振動源強(qiáng)效果影響和上蓋建筑降噪效果影響進(jìn)行比較也能夠看出，降噪效果與減振效果相比差異較大，聯(lián)系實際得出，除了受到車輛自身狀態(tài)的影響之外，主要是由于結(jié)構(gòu)造成與減振效果之間計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的影響，造成了上述現(xiàn)象的發(fā)生。

3 軌道減振下的上蓋二次結(jié)減振降噪頻率特征

針對此方面的研究中，可顯著地看出，結(jié)合不同軌道減振措施的應(yīng)用，由于行駛列車所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性噪聲，基于頻率層面分析，其具有一致性的特點。在對噪聲的峰值、低谷值分析的過程中，發(fā)現(xiàn)一個較為特殊的規(guī)律：對結(jié)構(gòu)性噪聲降噪處理效果較好的行為基本發(fā)生在一個指定范圍內(nèi)。其降噪效果較好的峰值大約在50.0Hz～80.0Hz 范圍內(nèi)，而結(jié)構(gòu)性噪聲的峰值大約在25.0Hz～40.0Hz 范圍內(nèi)。即當(dāng)列車在行駛過程中，其行駛的時速為25.0km/h 時，不同的軌道結(jié)構(gòu)性噪聲呈現(xiàn)一種相對下降趨勢，這一變化趨勢與早證振動頻率的原始特性具備相同的趨向性，即減振f 在大于或等于40.0Hz 時，開始出現(xiàn)減振效果。當(dāng)減振軌道的噪聲頻率處于70.0Hz～85.0Hz 時，結(jié)構(gòu)性噪聲出現(xiàn)波谷，因此在此種條件下，對于列車行駛的降噪效果相對較差，此時噪聲分布在120.0Hz～160.0Hz 范圍內(nèi)。綜合上述分析，不同的噪聲結(jié)構(gòu)與減振處理結(jié)構(gòu)，在上蓋二次結(jié)減振降噪過程中，所起到的效果是不同的，此時振動等級的排序也存在顯著的差異性[3]。產(chǎn)生此種問題的原因不僅在于參與試驗的列車中途發(fā)生變更，同時也可能由下述四點原因?qū)е拢浩湟?，在對噪聲等級的計算中，計算結(jié)果與實際結(jié)果可能存在差異，結(jié)構(gòu)性噪聲的計算主要是通過列車行駛過程中聲壓的有效性所計算的，而此時的時域峰值在計算中卻無法直接統(tǒng)計。其二，不同的噪聲在頻率層面分析，是具備差異性的，假定此時Z 等級噪聲的頻率范圍在小于80.0Hz，大于1.0Hz 范圍內(nèi)，而結(jié)構(gòu)性噪聲的頻率范圍卻在15.0Hz～600.0Hz 范圍內(nèi)，那么在進(jìn)行噪聲實際計算的過程中，對于頻率過高的噪聲便無法有效識別。其三，在對噪聲的振動計權(quán)方面存在差異，此種差異也可以認(rèn)定為是頻率的重疊范圍不同，如圖4 所示。

圖4 計權(quán)曲線對比圖

其四，由于列車結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，從而與其行駛速度產(chǎn)生某種關(guān)聯(lián)，此種差異性在統(tǒng)計中更為直接。為了驗證上文對此提出的假設(shè)，對行駛的列車進(jìn)行振動速度的實測，并得到如圖5 所示結(jié)果。

圖5 振動速度與結(jié)構(gòu)噪聲對比

經(jīng)過測試后列車振動速度與列車行駛中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性噪聲計算結(jié)果相吻合，從圖5 中的結(jié)果可以對比得出，減振措施實施后結(jié)構(gòu)噪聲降噪效果明顯有所提高。因此可以認(rèn)為上文提出的假設(shè)成立。可以直接通過結(jié)構(gòu)二次噪聲計算方法，對振動級進(jìn)行經(jīng)驗與半經(jīng)驗預(yù)測。綜上所述，完成對軌道減振下的上蓋二次結(jié)減振降噪頻率特征的分析與研究。

結(jié)束語

本文通過開展軌道減振對上蓋二次結(jié)構(gòu)的降噪效果影響研究，以具體地鐵編組車輛為例，將列車分別控制在4.5km/h、14.5km/h 和24.5km/h，三種不同行駛速度下驗證軌道減振措施實施前后的減振效果和降噪效果。通過本文研究進(jìn)一步得出，通過實施軌道減振措施能夠有效實現(xiàn)對軌道列車上蓋二層結(jié)構(gòu)的振動控制，并進(jìn)一步改善列車在運行過程中產(chǎn)生的噪聲，實現(xiàn)對周圍噪聲環(huán)境的有效處理。在實際實施過程中，根據(jù)本文上述總結(jié)的軌道減振下的上蓋二次結(jié)減振降噪頻率特征，可采取對上蓋建筑物進(jìn)行規(guī)劃布局，避免采用聲輻射效率高的輕型結(jié)構(gòu)等方式，實現(xiàn)對其降噪處理。