第八章 铁路与城市轨道交通 振动与噪声

1. 第八章 铁路与城市轨道交通振动与噪声

2. 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 2

3. 图8-1 轮轨噪声示意图 3

4. 第一节 振动的产生及评价标准 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 4

5. 人体承受振动时间(小时) 24 8 4 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 表8-1 人体能承受振动加速度的最小值 5

6. 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”。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”。 6

7. 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 7

8. 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/s 2)。 8

9. 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。 9

10. 表8-2 ISO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 71 74 71 71 74 71 住宅 白天 77-83 80-86 77-83 107-110 110-113 107-110 夜间 74 77 74 74-97 77-100 74-97 办公室 全天 83 86 83 113 116 113 车间 全天 89 92 89 113 116 113 表8-2 ISO关于建筑物内振动限制值的建议值 3．振动强度标准 10

11. 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 65 65 1 居民、文教区 70 67 2 混合区、商业中心区 75 72 3 工业集中区 75 72 4 交通干线道路两侧 75 72 铁路干线两侧 80 80 11

12. 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 80 GB10070—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 86 ORE报告提出的建议值 挪威 83.5~91 Oslo~Gardermoen铁路的设计要求 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 12

13. 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 200 130 空袭警报 痛阈噪声 汽车喇叭 3 110 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 50 90 空气凿岩锤 50 长期暴露丧失听力 列车从结构物上通过 50 85 城市公共汽车 50 80 推土机 50 令人烦恼 吸尘器 3 列车通过 50 75 搅拌机 3 高速公路 50 70 割草机 50 停站列车 50 65 洗衣机 3 有干扰 低交通量道路 50 60 电视机 10 谈话 10 低交通量道路 100 50 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 表8-5 典型的噪声强度 第二节 噪声的产生及评价标准

14. (1) 声功率级 W为声功率(W)； W0为参考声功率，取1×10-12(W) (2) 声强级 I为声强(W/m2)；I0为参考声强，取1×10-12(W/m2) 14

15. （3）声压级 声压与声强的关系 声压级计算式 p为声压(N/m2)；p0为参考声压，取2×10-5(N/m2) 声功率级与声压级之间的关系 空间点声源 光滑地面点声源 15

16. 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。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 16

17. 等效噪声 等效声级LAeq为规定时间内A声级的能量平均值 连续信号： 离散信号： 17

18. 噪声标准 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。 18

19. 我国1990年11月颁布的《铁路边界噪声限值及其测量方法》我国1990年11月颁布的《铁路边界噪声限值及其测量方法》 19

20. 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 20

21. 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 21

22. 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 22

23. 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。 23

24. 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 24

25. 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%； 25

26. 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 26

27. 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 27

28. 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。 28

29. 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 29

30. 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 30

31. 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 31

32. 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 32

33. 谢谢大家！ 33