铁路高架桥梁低频噪声测试与环境影响评价

许 代 言

(湖南省高铁运行安全保障工程技术研究中心，湖南 株洲 412006)

1 概述

列车通过高架桥时，由于轨道不平顺会引起桥梁结构振动。桥梁壁板振动激励外部空气从而辐射噪声，这种噪声以低频为主，称之为“低频噪声”[1-3]。

近年来，铁道工程和声学领域的专家学者们针对桥梁低频噪声做了大量研究工作。李小珍、梁林等[4]采用统计能量法结合车辆—轨道耦合模型，分析了不同轨道形式的桥梁结构噪声的频变规律；刘林芽、秦佳良等[5]采用声传递向量法分析了简支槽形梁结构噪声辐射特性；宋瑞采用FE-SEA法结合现场实验，通过计算声学贡献率评价箱梁内加设横隔板的降噪效果[6]；刘冬娅、王刘翀等[7]采用A计权声压级与心理声学指标对各个测点的噪声进行评价，验证了A计权声压级对低频噪声的评价是不可靠的。传统A计权声压级在低频部分做了大量衰减，低估了低频噪声的危害，而国内针对轨道交通低频噪声新的评价体系尚未建立。

本文以32 m双线混凝土简支箱形梁为研究对象，把模态分析与实测噪声值相结合，通过限值曲线，从对建筑物的影响和人体身心舒适度两个方面对轨道交通高架桥低频噪声进行评价。

2 高架桥模态分析

自振频率是指弹性体或弹性系统自身固有的振动频率，通常采用模态分析求解结构的自振频率，结合模态振型来描述和分析结构的振动状态，本文建立32 m跨度的简支箱形梁有限元模型，采用Block Lanczos法提取桥梁模态。通过求解桥梁结构的自振频率和振型,分析噪声辐射与振动之间的关系。如图1所示即为高架桥第7阶振型，变现为面板开始出现局部振动。

3 高架桥噪声测试与评价

试验选择在某32 m跨度的铁路简支箱形梁桥下进行，该箱形梁梁高2.8 m、顶面宽13 m。箱形梁测点周围均为宽敞的荒地，无其他遮挡。测试时将麦克风布置在跨中各采集点，声压采集点布置如图2所示。其中D1～D3采集点在箱形梁的正上方，D3点距桥面板距离为2 m，每个采集点高度差为2 m；D4～D6采集点位于箱形梁正下方，D4点距底面板距离为3 m，各采集点之间高度差为3 m；D7～D9采集点垂直于线路中心线分布，距地面高度为1 m，距线路中心线的水平距离分别为5 m,10 m,20 m；D10～D13采集点布置在距线路中心线25 m处沿垂向分布，各采集点之间高度差为6 m。

我国在铁路噪声环境评价与控制领域主要采用A计权声压级，但传统A声压级在低频部分做了大量衰减，低估了低频噪声的危害。日本学者从拍击振动和身心舒适度两方面对低频噪声进行评价，采用两条参考限值曲线将所测的频谱声压级曲线分为四个部分，如图3所示。其中A区域表示建筑物无振动、身心无不适感；B区域表示建筑物有振动、身心无不适感；C区域表示建筑物无振动、身心有不适感；D区域表示建筑物有振动、身心有不适感。

箱形梁跨中部分场点的线性声压级的频谱曲线如图4所示。桥梁跨中部位的场点声压级随着与轨道纵向中心线的距离增大而降低，且声压衰减度也随距离增加而减小，这个规律符合声波衰减特性；根据日本低频噪声限值曲线评价，箱形梁峰值声压位于最不利的D区域内，进行降噪处理时，优先从峰值频率入手将更为有效。

4 结语

本文以32 m双线混凝土简支箱形梁为研究对象，将边界元仿真计算结果与实测数据进行对比，并采用日本低频噪声限值曲线进行环境影响评价。得到如下结论：

1)箱形梁结构噪声以100 Hz以下低频较为显著，且声压级随距离增大衰减很慢。

2)通过模态分析可知高架桥面板的局部振动与低频噪声辐射有密切关系。

3)根据日本低频噪声限值曲线评价，箱形梁峰值声压位于最不利的D区域内，进行降噪处理时，优先从峰值频率入手将更为有效。