400 km/h高速铁路直立式声屏障降噪效果及安全性研究

开展400 km/h高速铁路噪声影响研究是践行“交通强国”战略的有力举措。为研究400 km/h高速铁路噪声特性及辐射源强,获取现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下降噪效果及适应性,采用有限元模型进行仿真计算,模拟计算400 km/h高速铁路噪声源强并进行组成分析,对高速铁路通用的直立式声屏障降噪效果、耐久性、安全性等进行分析研究,对目前直立式声屏障适应性提出实施建议。研究表明:高速列车以速度400 km/h运行时,距离铁路外轨中心线25 m、轨上3.5 m处,桥梁段总声级为97.8 dB(A),路基段总声级为96.7 dB(A),气动噪声大于轮轨噪声;提出现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下插入损失为2.7~8.9 dB(A);在安全方面,提出立柱底部螺栓养护年限;针对目前铁路直立式声屏障通用图适用性进行分析,提出结构安全优化建议。研究结果可指导400 km/h高速铁路噪声影响分析及直立式声屏障设计工作。

道路交通噪声控制技术研发进展

道路交通噪声具有影响范围广、持续时间长等特点,已成为道路交通面临的主要环境问题。根据中国道路交通噪声污染概况,介绍了声屏障、低噪声路面、通风隔声窗、降噪林带以及智能化管控等噪声控制措施的技术特点和适用范围,分析了这些技术措施存在的问题及研发方向。阐明了典型结构、材料的声屏障和低噪声路面的优缺点和降噪效果,提供了中国不同区域可以用作降噪林带的植被种类,并从低噪声路面声学设计、声频和信息化技术应用、绿色低碳材料循环利用、路域声景观营造、环境噪声与可持续发展等几个方面,提出了道路交通噪声控制技术的下一步发展方向。

基于声辐射理论的声屏障插入损失研究

为进一步提升公路声屏障的降噪效果,在当前存在的公路声屏障插入损失计算公式的基础上,考虑公路声屏障受到激励后产生声辐射的现象,推导出考虑声辐射时公路声屏障插入损失计算公式。对计算结果进行分析可得,声屏障的插入损失比不考虑声辐射的情况下降低0.9~3.6 dB。因此在设计公路声屏障应当考虑声屏障声辐射对降噪效果的影响。

地铁出入线扩散体型声屏障降噪效果研究

针对城市轨道交通地上线运营引起的噪声污染问题,以郑州地铁5号线中州大道车辆段出入线为工程实例,对加装声屏障前后的噪声进行现场测试,采用Virtual Lab软件对声屏障的降噪过程进行仿真模拟,仿真模拟与实测声压级随声源频率的变化曲线具有较好的吻合性,验证了声学仿真模型与计算方法的准确性。采用声压级插入损失表征声屏障的降噪效果,进一步研究三角尖劈型、QRD序列和PRD序列、微穿孔板-PRDⅠ型复合结构等类型声屏障的降噪效果。结果表明:尖劈角度对三角尖劈型声屏障降噪效果的影响较为显著;较高不规则度有利于提高PRD型声屏障对绕射声的扩散作用,降噪效果比QRD型声屏障更佳;PRDⅠ型声屏障的整体降噪效果略高于PRDⅡ型声屏障,适当降低扩散体设计频率、增加阶数和扩大槽宽均能提升PRDⅠ型声屏障的降噪效果;在微穿孔板-PRDⅠ型复合声屏障扩散体端部凹槽中添加微穿孔板共振吸音结构,能进一步提高扩散体端部结构的降噪增益,对改善地铁出入线噪声环境具有理想的应用前景。

用于航空发动机振动监测的摩擦电传感器

航空发动机的振动监测对于飞行安全具有重要意义。航空发动机在发生机械故障时会产生异常低频振动信号,因此利用摩擦电传感器对低频信号的灵敏响应特性研究了一种摩擦电式振动传感器。同时针对摩擦电传感器在航空发动机振动监测中易受环境噪声干扰的问题,设计了一种具有隔声效果的声屏障结构。实验证明具有声屏障结构的摩擦电传感器可以减少20 dB以上的噪声干扰,并且在8 Hz振动频率以及25 m/s2振动加速度的环境下可产生1 V的输出电压以及60 nA的输出电流。此外,该摩擦电振动传感器在航空发动机试验平台上对于振动监测展现出很高的应用潜力,为航空发动机健康状态监测提供了重要的实用范例。

道路声屏障组合吸声结构设计与评估

声屏障在道路交通噪声污染防治中得到了广泛应用,但同时面临材料吸声性能有限、轻量化程度有待提升等问题。为了更好地提升道路声屏障的降噪效果,需要研究组合吸声结构的声学性能及其影响因素。建立了二维阻抗管有限元模型,与实验数据进行对比验证了其可靠性。基于有限元仿真构建了微穿孔板-双层多孔吸声材料-空腔组合吸声结构,研究了几何参数对组合结构的吸声性能的影响,并在实际道路场景中进行了仿真分析。结果表明,微穿孔板的孔径和厚度减小,组合结构在中高频段的吸声效果提升;穿孔率减小,组合结构在低频段的吸声性能提升,但是中高频吸声性能显著降低;多孔吸声材料厚度的增加能提升组合结构中高频吸声系数。在多孔吸声材料背后合理设置空腔并不会降低组合结构的声学性能。穿孔率3%,孔径0.4 mm,板厚1 mm的微穿孔板与3 cm聚酯纤维+3 cm三聚氰胺+2 cm空腔的组合吸声结构降噪效果较好,将其作为吸声型声屏障的材料。吸声型和隔声型声屏障插入损失的规律基本一致,采用组合吸声结构的吸声型声屏障较隔声型声屏障插入损失提升1~2 dB,能够较好地控制中低频交通噪声,具有实际工程价值。

高速铁路声屏障宽频穿孔吸声降噪结构

采用传递矩阵法对高铁声屏障的多层微穿孔结构的吸声进行计算。对给定空腔深度,适当增加具有不同声阻抗的微穿孔板可改善吸声性能。经遗传算法得到具有优化参数的4层和5层微穿孔结构可显著拓宽吸声频带,提高整个频带的吸声系数,在200~3150 Hz频率范围内的平均吸声系数分别为0.70和0.80,吸声频带涵盖250~350 km⋅h^(-1)高速铁路主要噪声频率范围。5层结构在400~4000 Hz频率范围内吸声系数可达0.8。

煤层气井同心管气体射流排采特征分析

为解决煤层气井中有杆泵排采工艺存在的埋泵、卡泵及偏磨等问题,实现产气中后期降低井底流压、释放解吸气的目的,探索煤层气井中后期低产液量情况下的排采工艺至关重要。基于可压缩性的气体介质,考虑射流泵排采工艺的技术特点,分析了煤层气井井下同心管柱气体射流泵排液原理,计算管柱环空内气携液条件,建立了同心管气体射流泵喷嘴、喉管和扩散管等流动模型,考虑气体射流的音障,分析了不同喷喉组合下的携液特征。研究结果表明:初始注入气量、压力一定的情况下,喷嘴直径越小,射流速度越大,携液量越多;但喷嘴直径越小,所需的注入气量越小,气体的流速易超过临界流速导致流体特性发生改变;当产液量为3 m^(3)/d,注气压力为6 MPa,喷嘴直径为3.50、4.02、5.00 mm时,所需的注入气量分别为9338、11225、15023 m^(3)/d。气体射流泵排液机理、气体射流特征的研究结果可为同心管气体射流泵工艺设计和现场试验提供理论依据。

双开口谐振环结构的通风隔声性能研究

设计一种基于双开口谐振环结构的新型声屏障,采用有限元法进行分析计算,获得该模型的隔声量曲线图,计算结果表明,该结构有两个隔声峰值,通过对峰值处的声压、声压级以及声速图的分析,揭示这一现象的本质特征,研究发现所提出结构的性能是由于亥姆霍兹谐振器与法布里-珀罗谐振管共同作用而导致的,并通过实验进行对比验证。同时采用有限元法模拟研究结构参数对隔声峰值的影响,结果表明通过改变两开口圆环间的夹角以及开口宽度大小等结构参数可以调整隔声峰值。该结构的声屏障在中低频段内具有良好的通风降噪性能,可为城市交通噪声的研究提供有效方法,具有潜在的应用价值。

高速铁路声屏障动力特性试验与理论研究

研究目的:为更好地指导高速铁路声屏障结构设计与性能评估,通过开展声屏障结构动力响应现场试验,分析动力作用的传递方式,识别钢立柱与单元板等主要构件的动力行为,揭示声屏障动力作用机理,并进一步构建声屏障非线性动力分析模型,讨论板-柱连接刚度对结构动力性能的影响,研究声屏障结构频响特性,提出声屏障动力性能提升的相关建议。研究结论:(1)列车气动荷载作用下,立柱和单元板分别以弯曲振动和刚体运动为主,结构呈现非线性振动特征;(2)提出的高速铁路声屏障结构动力分析模型揭示了非线性振动作用机理,理论分析与现场实测结果基本吻合;(3)板-柱连接刚度是表征单元板约束状态和影响结构动力响应的关键参数,建议增加板-柱连接刚度相关控制要求;(4)声屏障结构动力分析方法可用于指导声屏障结构的优化设计与性能评估。

高速公路旁校园建筑立面声屏障设计

传统声屏障外观在降噪改造中往往显得突兀而单调,难以融入周边环境,有必要将建筑形式和景观需求相结合对声屏障形式进行一定设计。以广州市一高速公路旁某中小学为例,对校园室内外声环境现状进行实测分析,运用SoundPLAN软件对校园声环境现状进行模拟。在满足降噪效果的基础上,结合建筑立面形式和景观要求设计了3种立面声屏障,并利用Odeon Combined软件对不同设计形式的屏障进行模拟,探究其对教室内声环境的改善效果。研究表明,在门窗全开的情况下,不同形式的屏障降噪效果在5~9 dB(A)之间,对教室内语言传输指数(Speech Transmission Index,STI)的提升效果在0.09~0.15之间,能较好地缓解教室内声环境现状。

轨道交通全封闭式声屏障列车风压载荷特性分析

基于雷诺平均湍流模型与滑移网格方法,数值模拟了轨道交通车辆通过全封闭式声屏障时声屏障表面风压载荷特性,根据特征波叠加理论计算了声屏障表面脉动风压时程,分析了脉动风压幅值在声屏障内的空间分布特性。结果表明:声屏障同一截面不同测点位置的风压载荷时间变化规律相似,但压力幅值随着测点高度增加而逐渐减小;列车单列通过时,远离运行线路侧声屏障的压力幅值远小于邻近运行线路侧;列车运行速度由80 km/h提高至140 km/h,脉动风压空间分布特性相似,但压力幅值增加约22%;列车会车通过时,声屏障入口与出口端压力波的叠加效应使得声屏障表面压力幅值增大,其中位于远离运行线路侧声屏障压力幅值增加,与邻近运行线路侧声屏障压力幅值接近。

轨道交通桥梁声屏障柱脚节点计算方法研究

声屏障柱脚结构一般采用锚栓连接钢立柱与混凝土基础。此类节点受力方式既不同于钢筋混凝土结构,亦不同于钢结构的螺栓群连接,而钢结构相关设计规范和混凝土设计规范中均未给出此类节点结构受力分析计算办法。本文在轨道交通声屏障柱脚锚栓连接节点结构受力分析中,提出按平截面假定方法分析的计算原理,结合在上海申通地铁集团有限公司科研项目《声屏障风荷载特性研究》中得出的风荷载作用数值,按照计算原理得出的方法,计算了六种不同荷载组合下的柱脚节点受力,并采用有限元仿真分析并行计算,对比二者计算结果以验证该原理和方法,可供相关设计人员计算参考。

直立插板式声屏障屏体板降噪性能优化

随着轨道交通的快速发展,其造成的噪声污染问题已引起了人们的广泛关注,运用声屏障去处理这类噪声污染问题是目前最行之有效的措施之一。文章以使用最广泛的直立插板式阻性声屏障屏体板为研究对象,基于多孔材料等效流体理论,建立了相关吸/隔声有限元模型,计算了前罩板不同开孔工况下声屏障的吸/隔声性能,对其吸/隔声性能进行了系统研究,并提出了一种在不改变原有声屏障结构的基础上设置空气背腔的优化方案,进一步分析了该优化措施对原有声屏障吸/隔声能力的提升效果。结果表明:在声源侧的开孔罩板开孔率为15%时,隔声量在频率小于1000 Hz时与无罩板相比无变化,在频率大于1000 Hz高于无声源侧罩板,普遍高1.5 dB左右,随着开孔率的增大,其隔声量优于无罩板的频率点逐渐向高频偏移,且优势逐渐减小;在保持开孔率不变的情况下,针对声屏障前罩板开较小孔径的孔洞更有利于提升声屏障的吸声性能;在多孔吸声材料后布置一定厚度的空气背腔,不仅能够在一定程度上提升其吸/隔声性能,而且也大量节省了声屏障的制造成本。

光伏声屏障在城市快速路上应用可行性分析

结合石家庄市槐安路高架西延工程,在光伏声屏障常规组件和彩色组件两种方案下,分别研究了离网系统与并网系统的电气系统、发电量、全寿命周期成本、效益等,并进行了可行性分析。结果表明,在储能装置成本无法显著降低的条件下,光伏声屏障使用离网系统供照明用电经济上不可行;彩色组件光伏声屏障影响发电效率,同时成本较高,经济上不可行;常规组件光伏声屏障并网系统经济上可行,同时具有一定的社会效益。

基于Y型顶部结构优化的声屏障降噪设计

为提升声屏障在城市高架道路上的噪声控制性能,开展了基于Y型顶部结构的声屏障结构设计和性能优化。采用有限元仿真,计算了声屏障所在区域的近场和远场声场分布,对比了折臂型声屏障和Y型声屏障性能。近场声场仿真表明,Y型声屏障相较折臂型声屏障多了朝向道路外侧的折臂,故对距离声屏障较近的底部区域的噪声控制有明显的改善。选取典型的城市高架道路进行高架沿线建筑立面处的声场分布计算,结果表明,加装声屏障对交通道路沿线建筑具有较好的噪声遮挡作用,Y型声屏障可在折臂型声屏障的基础上,进一步将声级降低1~2dB。

龙卷风作用下高速铁路全封闭声屏障风荷载特性研究

高速铁路全封闭声屏障作为典型的长距离线状风敏感结构,其遭遇龙卷风袭击的几率较大。为深入理解龙卷风作用下结构的风荷载特性,以深茂铁路某2 km全封闭声屏障为工程背景,基于Ward型龙卷风模拟器原理建立龙卷风场模型,分析龙卷风距离声屏障中心不同距离r、龙卷风不同移动角度路径和不同地面植被覆盖面积比η下全封闭声屏障结构风荷载特性。结果表明,龙卷风作用下,全封闭声屏障表面风荷载以风压力为主,0°移动路径下、η=0时,结构表面风压整体较大,在r=0处结构表面出现最大负风压系数-1.13,阻力系数C_(F_(x))和升力系数C_(F_(z))出现最不利值,分别为0.27和-0.49;在r/R_(m)=1(R_(m)为龙卷风场涡核半径)处结构表面出现最大正风压系数2.91,力矩系数C_(M_(y))及C_(M_(z))出现不利值,分别为0.44和0.39;全封闭声屏障进行抗龙卷风设计时需要考虑断面的环向压差,建议在结构迎风侧、背风侧和顶部分别取最大正风压极值的60%、40%和最大负风压极值的70%进行组合。

城市高架声屏障结构预警技术探讨

城市高架道路声屏障结构安全保障是有效防止因屏体结构松动引起跌落导致重大风险事故的重要环节。为提升现有人工巡检的效率,对城市高架声屏障屏体安全建立24h全天候监控,对标国家相关技术规范,基于有限元方法对屏体遇到强台风正面袭击时结构松动的各类场景进行了模型计算,提出采用倾角及红外传感器的联动模式。该技术可对直线式高架声屏障结构安全提供自动预警,以增强屏体巡检的效率,确保屏体结构稳定。

赣深高速铁路桥上半封闭式声屏障设计

赣深高铁涉及深圳市城市建成区,结合城区路段噪声敏感建筑物以及环评降噪要求,对半封闭式声屏障从梁型、结构型式、安装方式等方面进行研究,以期选择最佳的半封闭声屏障,为高速铁路采用半封闭声屏障降噪设计提供了实际工程案例,为后续解决高速铁路城区段噪声问题提供了借鉴。

铁路声屏障表观病害智能检测技术

针对铁路声屏障外观状态检查效率低、检测精度差的现状,为满足自动化、智能化检测需求,开展声屏障表观病害智能检测技术研究。通过调研分析声屏障检测技术现状,提出基于图像的铁路声屏障表观病害智能检测技术方案。重点对声屏障外观成像、主从协同控制、在线识别等关键技术的实现方式进行研究,同时对部分功能进行了试验验证;基于钢轨探伤车进行图像采集,检测速度80 km/h,建立声屏障病害典型样本数据集,验证了在线识别的可行性和有效性。结果表明,铁路声屏障表观病害智能检测技术可大幅提升病害检测的自动化和智能化水平。