高速铁路声屏障结构设计研究.pdf

2011年第4期
西南公路 XINANGONGLAU
高速路声屏障结构设计研究
施洲邓跞蒲黔辉
1西南交通大学土木工程学院成都610031
2中铁二院工程集团有限责任公司环境工程研究院成都610031
摘要】以解决高速铁路的噪声问题的声屏障为研究对象,系统分析其结构形式与吸声材料特点
总结高速铁路声屏障結构设计考虑因素如噪声源、环境因素、视野及荷载因素。分析高速铁路声屏障结构
设计的依据,荷载采用及荷载组合的情况。针对金属立柱插板式声屏障进行静态受力计算分析,結果表明
金属立柱各项验算均满足規范要求,混凝士插板在荷载作用下的应力相对较小,具有良好的结构强度。还
讨论声屏障的改进措施来提高其降噪能力、美观性等。
关键词】高速铁路;声屏障;結枃设计
中图分类号)U238
文献标识码】A
构成严重威胁。为保证铁路声屏障的有效降噪并具
前言
有结构安全耐久性,其结构设计研究需要进一步深
高速铁路的优点在于高速,大运量,低能耗
入研究。
安全舒适且全天候运营。高速铁路运输系统更是现
高速铁路声屏障特点
代高科技创新集成的产物,能够促进科学技术发展
和装备制造的发展,提高国家科技创新能力与竞争
高速铁路除高速的特点外,还具有线路高架桥
力。在高速铁路的飞速发展的同时,高速运营的列多的特点,此外高速铁路均为电气化铁路,因此高
车给铁路沿线的环境造成一定的影响,其中的噪声速铁路噪声源包括:集电噪声、空气动力噪声、轮
问题是值得关注的重要问题之一。在欧洲及日本等轨噪声及桥梁等建筑物噪声。同传统的普通速度铁
国家,高速铁路的噪声问题已经得到当地居民、铁路噪声相比,除轮轨噪声外,列车的车体空气动力
路部门、政府及研究者的高度重视,政府还发布了噪声和集电系统噪声成为更重要的噪声源。此外高
针对高速铁路噪声的规范等文件。在国内,随着我速铁路的高架结构所占线路比例较大,高架结构振
国高速铁路的快速兴建与运营,对高速铁路和客运动产生的二次结构噪声同样成为重要的噪声组成部
专线的沿线噪声的控制已成为必须解决的课题。声分。空气动力噪声、集电噪声及高架结构噪声均提
屏障是防治鉄路列车运行噪声对沿线周闱环境污染高了高速铁路噪声源的高度,使得高速铁路噪声具
的主要措施之一,并已在国内外普通铁路及高速铁有传播距离远的特点。在声屏障的设计中,首先应
路线路上广泛采用。在德国、日本等国家均在新建考虑降噪的功能,即有效隔离噪声源。由于高速铁
鉄路线路上安装声屏障。在国内新建客运专线等高路噪声中车体空气动力噪声、集电噪声的声源位置
速铁路线路中,初步修建了不同类型的铁路声屏相对较高,因此对声屏障的位置与高度有一定的要
障。由于列车经过,线路附近结构物上的脉动风载求。其次,声屏障承受列车脉动风荷载、自然风荷
荷会上升。对于声屏障,由于其距离轨道很近,会载等作用,因此在声屏障的结构设计中应保证结构
承受较大的动态风压荷载,即列车的脉动风荷载。的使用安全性,并具有良好的使用性能与耐久性。
此外声屏障还承受自然风荷载等。当高速列车以1.1高速铁路声屏障的结构设计
300~350kmh甚至更高速度通行时,列车脉动风荷载
高速铁路声屏障结构的设计中,为有效降噪应
非常显著并反复作用与声屏障,一且声屏障发生破充分考虑声屏障的位置,声屏障的高度,声屏障的
坏在列车风荷载吸力下易于对高速列车车体与乘客长度及声屏障的结构形式等。卢屏障位置,不同的
149
西南公路
声屏障设置位置将产生完全不同的降噪效果,通常
声屏障承受的荷载是声屏障设计的重要依据,
情况下越靠近铁路线路中心的声屏障能够实现更好对于高速铁路声屏障,其承受的动力效益非常显
的降噪效果。在目前的铁路声屏障布置中,声屏障著。动力荷载主要为高速列车的脉动风荷载,自然
距离铁路中心线通常为3.8m及以上距离。声屏障高风荷载等。对于高速列车的脉动风荷载,其量值大
度,声屏障的高度对降噪效果影响显著,通常情况小,荷載随时间的变化形式即荷载时程曲线对声屏
下声屏障高度越高降噪效果越好。目前大多数的铁障的安全受力,特别是疲劳受力有重要的影响。对
路声屏障高度为轨道顶面以上约2.0m高,即列车车窗于风荷载,在台风地区,风荷载作用显著,甚至控
的高度。对于对噪声限制严格的区域,可在2.0高的制声屏障的结构设计。此外,自然风荷载的动力效
基础上加高1.0m及以上的透明隔声板。由于列车的集益同样影响声屏障结构的疲劳受力。
电系统位置很高,对于目前的通常声屏障还难以对
集电噪声进行降噪。声屏障的长度,主要考虑到铁2声屏障应用实例
路噪声在端部的绕射,目前的研究结果一般认为声
在既有的高速铁路声屏障应用中,其中应用最
屏障的长度为要保护区域长度再在两端各增加约为广泛的是金属立柱插板式声屏障,金属立柱通常
60m,则能够有效防止噪声的绕射干扰。高速铁路声为H型钢,插板为金属铝包板、混凝土板、加劲纤维
屏障结构形式,目前国内外采用的铁路声屏障按照板以及一些有机材料的透明隔声板等。在国内,由
形式主要还是直立型的,少量采用倒L型、Y型、T中铁二院等单位研发的整体式混凝土声屏障,已在
型,甚至全封闭型等。声屏障的结构材料主要为金武广客运专线等高速线路上应用。意大利高速铁路
属结构、混凝土结构、有机材料结构等。高速铁路上的透明插板与金属盒式金属立柱声屏障(见图1、
声屏障整体结构构造类型主要有两种:金属立柱插图2)。加劲纤维声屏障插板(见图3)。澳大利亚
板式及整体式混凝土声屏障。金属立柱插板式在国的全透明铁路声屏障(见图4)。香港的全封闭声屏
外应用广泛,国内也有应用,立柱一般采用H型钢
障(见图5)。
插板可采用混凝土板、金属包板、有机材料的透明
板等。整体式混凝土声屏障是国内的创新,通过预
制整体式混凝土声屏障单元板并通过现浇混凝土湿
接缝连接于桥梁或路基。声屏障还经常采用声学材
料与构造来提高声屏障的降噪性能,如内侧吸声结
构、顶端吸声结构以及干涉结构等。
1.2声屏障的吸声材料与承載荷载
为提高声屏障降噪的效果,通常在声屏障内表
面设置吸声材料来增强降噪的效果。吸声材料通常
具有无数密布的细微空隙,空隙间彼此贯通并与外
图1罗马一拿坡里高遠铁路絨路的声屏摩
界相通。当噪声的声波入射到材料表面,一部分将
在表面上反射,一部分透射到材料内部,并在内部
空隙中不断反射并引起空隙中空气运动与空隙壁发
生摩擦,最终将声能变为热能与动能而消耗掉。在
吸声材料的实际应用中,通常在吸声材料外表面加
穿孔护面板,制成多孔材料吸声结构。降噪声屏障
可采用的吸声材料有多孔性吸声材料、穿孔板及共
振吸声材料、空腔及薄板共振吸声材料等。此外还
有在声屏障顶部制作球形吸声体、设置吸声裙板等
措施进行增强吸声效果。
vxra线路上的金属盒式声屏摩
150