聲屏障設計計算

第一章概述1.1呼和浩特市外環(huán)線噪聲污染狀況呼和浩特市外環(huán)線全長約50KM，環(huán)繞整個市區(qū)，雙向八車道，設計車速為80～100KM/h,擬投入運行。預測頂峰期車流量約為800輛/h，大型車輛居多，道路邊線處的噪聲高達80～85DB，在本次設計中取83分貝為研究量。由于噪聲源位于小區(qū)居民住宅區(qū)附近，嚴重影響到居民的正常生活狀況。又因無法對車輛進行降噪處理，所以需要對居民區(qū)進行保護。1.2課程設計的主要內容和要求相關內容小區(qū)居民住宅區(qū)位于呼和浩特市外環(huán)線東北方向48米處，路面為瀝青路面，小區(qū)住宅區(qū)共6層樓，高約18米。車流量為大約800輛/h，大型車與小型車比例為8：2，車速限制為80～100KM/h。根據(jù)道路交通噪聲預測方法和區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法，計算該區(qū)域的噪聲值。測量點s1、s2、距路面中心線距離73.08米，73.62米,74.62米。如簡圖1-1所圖1-1屏障位置簡圖表-1：噪聲計算值預測點位置預測點高度預測點平均聲級4．5m72．164dB10．5m72．100dB16．5m71．982dB.設計內容及要求eq\o\ac(○,1)結合我國相關標準，設計一聲屏障，保障繞城路的通行不影響該小區(qū)居民的生活；eq\o\ac(○,2)隔聲材料的選擇應符合交通噪聲特性；eq\o\ac(○,3)確定聲屏障的結構線型；eq\o\ac(○,4)完成噪聲聲屏障設計和計算，除了到達預期的降噪指標外，還應符合景觀、結構﹑造價和養(yǎng)護等方面的要；eq\o\ac(○,5)編寫設計說明書eq\o\ac(○,6)繪制聲屏障結構圖第二章降噪處理措施的選擇2.1控制小區(qū)居民住宅樓交通噪聲的措施低噪聲路面對于中小型汽車，隨著行駛速度的提高，輪胎噪聲在汽車產(chǎn)生噪聲中的比例越來越大，因此修筑低噪聲路面對于控制交通噪聲具有重要的實際意義。所謂低噪聲路面，也稱多空隙瀝青路面，又稱為透水(或排水)瀝青路面。它是在普通的瀝青路面或水泥混凝土路面結構層上鋪筑一層具有很高空隙率的瀝青混合料，其空隙率通常在15％－25％之間，有的甚至高達30％。國外研究資料說明，根據(jù)外表層厚度、使用時間、使用條件及養(yǎng)護狀況的不同，與普通的瀝青混凝土路面相比，此種路面可降低交通噪聲3－8dB。該方法的優(yōu)點是：由于混合料孔隙率高，不但能降低噪聲，還能提高排水性能，在雨天能提高行駛的平安性；局限性是：耐久性差，集料、粘結料要求高，使用一段時間后，孔隙易被堵塞。由于路面孔隙率大、密實度低，其壽命相對縮短等問題未能較好解決，因此，還處于繼續(xù)對于這種路面結構的研究階段。2.1.2種植降噪綠化林帶樹木及綠化植物形成的綠帶，能有效降低噪聲。在公路兩側植樹綠化，是防治交通噪聲的有效措施之一。選擇適宜樹種、植株的密度、植被的寬度，可以到達吸納聲波，降低噪聲的作用。同時綠化林帶還可以起到吸收二氧化碳及有害氣體、吸附微塵的作用，能改善小氣候，防止空氣污染，截留公路排水、防眩和美化環(huán)境等作用。根據(jù)有關研究資料說明，當綠化林帶寬度大于10m時，可降低交通噪聲4—5dB。這是因為投射到植物葉片上的聲能74％被反射到各個方向，26％被葉片的微震所消耗。噪聲的降低與林帶的寬度、高度、位置、配置方式以及植物種類都有密切關系。該方法的優(yōu)點是：生態(tài)效益明顯；2.1.3建造聲屏障在聲源與接收點之間設置隔板，阻斷聲音的直接傳播，以降低噪聲，這樣的結構叫做聲屏障。它是控制交通噪聲污染的一種治理措施，一些興旺國家從20世紀60年代末就開始了聲屏障的研究和應用，近年來，我國一些興旺城市和高速公路，鐵路業(yè)相繼建造了聲屏障，而且開展很快。噪聲在傳播途徑中遇到障礙物，假設障礙物的尺寸遠大于聲波波長時，大局部聲能備反射和吸收，一局部繞射，于是在障礙物背后一定距離內形成“聲影區(qū)〞，聲影區(qū)的大小與聲音的頻率和屏障的高度等有關，頻率越高，聲影區(qū)的范圍就越大。聲屏障將聲源和保護目標隔開，是保護目標落在屏障的聲影區(qū)。采用設置聲屏障的方式來降低公路交通噪聲是目前應用比擬廣泛的降噪方式。聲屏障降噪主要是通過聲屏障材料對聲波進行吸收、反射等一系列物理反響來降低噪音，據(jù)測試采用聲屏障降噪效果可達10dB以上。聲屏障作為一種通過控制交通噪聲傳播途徑來降低交通噪聲的措旋，由于其簡單、實用、可行、有效，成為交通環(huán)境保護中的一項重要手段。特別是在城市的繁華地段兩側，修建專門屏障構造物來減少交通噪聲，能對周圍的環(huán)境起到明顯的防護作用。聲屏障的優(yōu)點是節(jié)約土地、降噪明顯，同時由于采用拼裝式而具有可拆裝的優(yōu)點。缺點是：聲屏障使行車有壓抑及單調的感覺，造價較高，如使用透明材料，又易發(fā)生眩目和反光現(xiàn)象，同時還要經(jīng)常清洗。2.2本次設計所選方法本次設計采用聲屏障技術對該處交通噪聲進行降噪處理。原因如下：噪聲控制首先是降低聲源的輻射，其次是控制傳播途徑，最后是保護接受者。而對于降低聲源的噪聲輻射，即對車輛本身進行噪聲控制，這與制造業(yè)的水平有關，而且每降低一定分貝的耗資巨大。對于近年來國外提出的用低噪聲路面來降低公路交通噪聲具有經(jīng)濟合理、保持環(huán)境原有風貌和行車平安等特性，但尚處于研究開展階段，在這里顯然不可取。道路交通噪聲，從實際情況分析，從聲源上降低噪聲比擬困難的，且對接受者也沒有適當?shù)谋Ｗo措施。所以，從傳播途徑減少噪聲的傳播成為降噪方法的首選。聲屏障是采用吸聲材料和隔聲材料制造出特殊結構，設置在噪聲源與接受點之間的聲學屏障。它能夠阻止噪聲的傳播，從而降低受聲點的聲能量，使受聲點得到保護，一般可降低15—20dB。它具有降噪效果顯著、節(jié)約土地、建筑靈活、對周圍環(huán)境干擾少等優(yōu)點。由于城市道路規(guī)劃已無法更改，住宅區(qū)的建筑也已形成，用聲屏障降低交通噪聲就成為首選方案。尤其對高速路附近小區(qū)的降噪保護尤為適合。而小區(qū)居民住宅樓恰好符合這些特點，所以這里選取聲屏障進行降噪。2.3聲屏障降噪原理聲學原理當噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時，它將沿著三條路徑傳播(見圖2-1.a)：一局部越過聲屏障頂端繞射到達受聲點；一局部穿透聲屏障到達受聲點；一局部在聲屏障壁面上產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿這三條路徑傳播的聲能分配。聲源聲源??ABdSR反射路徑繞射路徑透射路徑道路聲屏障〔圖2-1a〕繞射聲源發(fā)出的聲波透過聲屏障傳播到受聲點的現(xiàn)象。如圖〔2-1b〕穿透聲屏障的聲能量取決于聲屏障的面密度、入射角及聲波的頻率。聲屏障隔聲的能力用傳聲損失TL來評價。TL大，透射的聲能??；TL小，那么透射的聲能大，透射的聲能可能減少聲屏障的插入損失，透射引起的插入損失的降低量稱為透射聲修正量。用符號ΔLt表示。通常在聲學設計時，要求TL—△Ld≥10dB，此時透射的聲能可以忽略不計，即△Lt≈0。聲影區(qū)聲影區(qū)φRS直線路徑徑繞射路徑(圖2-1b)聲波繞射路徑反射當?shù)缆穬蓚染ㄓ新暺琳?，且聲屏障平行時，聲波將在聲屏障間屢次反射，并越過聲屏障頂端繞射到受聲點，它將會降低聲屏障的插入損失(見圖2-1c)，由反射聲波引起的插入損失的降低量稱之為反射聲修正量，用符號△Lr表示。為減小反射聲，一般在聲屏障靠道路一側附加吸聲結構。反射聲能的大小取決于吸聲結構的吸聲系數(shù)α，它是頻率的函數(shù)，為評價聲屏障吸聲結構的整體吸聲效果，通常采用降噪系數(shù)NRC。SSRo?(圖2-1c)反射波直達波繞射波障礙物和地面的聲衰減此外，聲屏障的衰減還受其周圍障礙物和地面吸收等影響。如果在聲屏障修建前，聲源和受聲點間存在其他屏障或障礙物，那么可能產(chǎn)生一定的繞射聲衰減，由這些障礙物的聲屏蔽產(chǎn)生的聲衰減稱之為障礙物聲衰減，用符號△Ls表示；如果地面不是剛性的，那么會對傳播過程中的聲波產(chǎn)生一定的吸收，從而會使聲波產(chǎn)生一定的衰減。由地面聲吸收產(chǎn)生的聲衰減稱之為地面吸收聲衰減，用符號△LG來表示。第三章聲屏障的設計計算3.1確定聲屏障設計目標值3.1.1噪聲保護對象確實定根據(jù)聲環(huán)境評價的要求，確定噪聲防護對象，它可以是一個區(qū)域，也可以是一個或一群建筑物。本設計中的噪聲保護對象是距高速公路邊緣線48m外的居民住宅區(qū)。3.1.2代表性受聲點確實定代表性受聲點通常選擇噪聲最嚴重的敏感點，它根據(jù)道路路段與防護對象相對的位置以及地形地貌來確定，它可以是一個點，或者是一組點。通常，代表性受聲點處插入損失能滿足要求，那么該區(qū)域的插入損失亦能滿足要求。本設計中，考慮外環(huán)線高速路段與居民樓的相對位置及其平坦的地形地貌，選擇3個敏感點即可，分別是測點S1、S2、S3，測點S1為距路面中心線距離為73.08m，高度為4.5m；測點S2為距路面中心線距離為73.62m，高度為10.5m；測點S3為距路面中心線距離為74.63m，高度為16.5m3.1.3聲屏障建造前背景噪聲值確實定對現(xiàn)有道路，代表性受聲點的背景噪聲值可由現(xiàn)場實測得到。假設現(xiàn)場測量不能將背景噪聲值和交通噪聲區(qū)分開，那么可測量現(xiàn)場的環(huán)境噪聲值(它包括交通噪聲和背景噪聲)，然后減去交通噪聲值得到。交通噪聲值可由現(xiàn)場直接測量。設計過程中經(jīng)現(xiàn)場測量知，預測點交通噪聲的最大聲壓級為72dB。3.1.4聲屏障設計目標值確實定聲屏障設計目標值確實定與受聲點處的道路交通噪聲值(實測或予測的)、受聲點的背景噪聲值以及環(huán)境噪聲標準值的大小有關。如果受聲點的背景噪聲值等于或低于功能區(qū)的環(huán)境噪聲標準值時，那么設計目標值可以由道路交通噪聲值(實測或預測的)減去環(huán)境噪聲標準值來確定。本設計中按照外環(huán)線的車流量預測數(shù)據(jù)，該地區(qū)的住宅區(qū)設計要求降噪量為12dB。3.2位置確實定根據(jù)道路與防護對象之間的相對位置、周圍的地形地貌，應選擇最正確的聲屏障設置位置。選擇的原那么或是聲屏障靠近聲源，或者靠近受聲點，或者可利用的土坡、堤壩等障礙物等，力求以較少的工程量到達設計目標所需的聲衰減。根據(jù)以上的選擇原那么，本設計將聲屏障設在車行道向外4m處，即靠近聲源線一側。外環(huán)線到聲屏障到小區(qū)居民住宅區(qū)的距離為48m,那么聲屏障設置在距公路中心距離為25m處，受聲點距公路中心水平距離s為73m。聲屏障位置布置圖見附圖一。由于聲屏障通常設置在道路一旁，而這些區(qū)域的地下通常埋有大量管線，故應該作詳細勘察，防止造成破壞。3.4幾何尺寸確實定根據(jù)設計目標值，可以確定幾組聲屏障的長與高，形成多個組合方案，計算每個方案的插入損失，保存到達設計目標值的方案，并進行比選，選擇最優(yōu)方案。設計中的目標值為12dB。聲屏障一般的高度為3～7m，經(jīng)屢次計算選取聲屏障總高度為7m最為適宜，計算如下。3.5聲屏障插入損失的計算聲屏障繞射聲衰減的計算聲屏障的繞射聲衰減可用等效頻率fe求得。通常道路交通噪聲的等效頻率fe=500Hz，按下面公式計算，那么得到近似的聲屏障繞射聲衰減△Ld。道路交通噪聲應看成無限長聲源，等效頻率為500Hz，此設計中聲源至受聲點的距離為73m，此聲源為無限長線聲源及無限長聲屏障。當聲源為一無限長不相干線聲源時，其繞射聲衰減為：(3-1)式中：f—聲波等效頻率，Hzδ=A+B-d為聲程差，md—聲源與受聲點間的直線距離，mA—聲源至聲屏障頂端的距離，mB—受聲點至聲屏障頂端的距離，mc—聲速，340m/s其中聲程差輔以圖3-1進行計算eq\o\ac(○,1)點繞射聲衰減計算：該受聲點高度為4.5m，聲源車輛的平均高為1m，等效頻率為500Hz，聲屏障總高為7m，公路寬度為42m，聲屏障距公路中心線為25m，受聲點距公路中心水平距離為73m。A==25.71B==48.06d==73.08δ=A+B-d=0.686t===12.83dBeq\o\ac(○,2)點：點繞射聲衰減計算：該受聲點高度為10.5m，聲源車輛的平均高為1m，等效頻率為500Hz，聲屏障總高為7m，公路寬度為42m，聲屏障距公路中心線為25m，受聲點距公路中心水平距離為73m。A==25.71B==48.13d==73.62δ=A+B-d=0.22t===9.643dBeq\o\ac(○,3)點：點繞射聲衰減計算：該受聲點高度為16.5m，聲源車輛的平均高為1m，等效頻率為500Hz，聲屏障總高為7m，公路寬度為42m，聲屏障距公路中心線為25m，受聲點距公路中心水平距離為73m。A==25.71B==48.93d==74.62δ=A+B-d=0.0125t==5.38dB本設計中選最不利的受聲點為研究對象，即受聲點距地面高度為16.5m，距聲屏障的水平距離為48m。3.5.2透射聲修正量△Lt的計算假設聲屏障的傳聲損失TL-△Ld＞10dB，此時可忽略透射聲影響，即△Lt≈0。一般TL取20～30dB。假設TL—△Ld＜10dB，那么可按照下面公式計算透射聲修正量△Lt。(3—2)其中TL為聲屏障的傳聲損失，它表示構件隔聲性能的大小。根據(jù)選擇的材料，查得彩色夾芯板的TL=30dB，那么TL-△Ld＝30—5.38＝17.62dB＞10dB。此時可忽略透射聲影響，即△Lt≈03.5.3地面吸收聲衰減確實定如果地面不是剛性的，那么會對傳播過程中的聲波產(chǎn)生一定的吸收，從而會使聲波產(chǎn)生一定的衰減。由地面吸收產(chǎn)生的聲衰減稱之為地面吸收聲衰減，用符號△LG表示。因本設計現(xiàn)場測量有困難，可由以下圖3-3來確定。dBdBA3〕〔／24012060301501245A3〕〔／24012060301501245LGLG受聲點至等效行車線距離圖3-2地面吸收聲衰減

圖3-2中的等效距離DE由以下公式計算：(3—3)式中：DN—受聲點至最近的車道中心線距離，mDF—受聲點至最遠的車道中心線距離，mDN=54.625m,DF=91.375m由上圖查得△LG＝3.2dB聲屏障實際插入損失的計算聲屏障的總降噪量用插入損失IL來表示。聲屏障的插入損失主要取決于聲屏障的繞射聲衰減△Ld、透射減少量△Lt和反射降低量△Lr，聲屏障實際插入損失為：=5.38dB第四章聲屏障的選型4.1聲屏障形狀的選擇聲屏障按幾何形狀一般可分為直立型、折板型、彎曲性、半封閉性和全封閉型。直立型聲屏障指豎立在道路邊緣的平面反射型障板。由于直壁型聲屏障用材簡易、施方便、造價較低、與環(huán)境有較好的融合性，在國內外有廣泛的應用。其特性一般可通過增加其高度進行有效的改善,高度增加1m可帶來IL增加1.5dB(A)的效益。通常用在高速公路和高速鐵路的交通噪聲。.折板型和彎曲型聲屏障一般用于降噪要求較高但聲屏障高度又有一定限制的場合。把聲屏障上部折向道路方向，面向道路的一側做成吸聲外表，可以到達很好的降噪效果。聲屏障的支撐件多采用H型鋼。折壁型聲屏障可增加聲程差，提高降噪效果。半封閉型聲屏障半封閉型聲屏障適用于城市交通干道和兩側高層建筑密集區(qū),其降噪效果非常好;本錢也相對較高。全封閉型聲屏障全封閉型聲屏障適用于城市的高架橋,既有效地降,又可防止高空雜物墜落,但其造價較高。本設計中，考慮到本錢、降噪效果等方面問題，選用直立型聲屏障。見附圖二。4.2聲屏障材料的選擇國內的聲屏障如按聲學性能分類可分為吸聲型(金屬吸隔聲板〕、隔聲型(PC板)、混合型〔吸聲與隔聲的混合型〕，這些聲屏障其實際效果一般為3-5dB。FC板FC纖維水泥加壓板簡稱FC板，聲屏障生產(chǎn)單位用FC穿孔板作聲屏障面板，用在高速公路上，主要優(yōu)點本錢低、聲學效果一般，最大問題由于其吸水率大于17%，用在室外易風化，壽命短，且不美觀。PC板PC板又稱為聚碳酸酯耐擊板，PC板具有耐沖擊、阻燃的特性。6mm厚的PC板平均隔聲量21.5dB，隔聲指數(shù)24dB，國內第一代聲屏障用的較多，主要優(yōu)點制作方便，有一定隔聲效果，最大缺點本錢不低，有眩光，吸聲效果不佳。彩色夾芯板它是兩面采用厚度0.5－0.6的彩涂鋼板，中間填入阻燃型聚苯乙烯板，其隔聲量為30dB，由于其隔聲量較大，本錢也較低，外型也較美觀，用在高速公路上較多。金屬吸隔聲板它的結構設計，綜合了薄板共振吸聲結構及穿孔板吸聲結構。主要特點：吸隔聲板由前板與后板組成，其厚度由50－200mm，中間由吸聲材料與空腔組成，空腔的厚薄根據(jù)噪聲的聲源頻率來決定。本設計中采用彩色夾心板，它具有隔聲量大、防潮防曬的特性。兩面采用厚度為0.5-0.6的彩涂鋼板平均隔聲量30dB。由于隔聲量較大，外形也較美觀，主要優(yōu)點制作方便，隔聲效果也好。4.3聲屏障設計的其他輔助措施假設設計得到的插入損失IL達不到降噪的設計目標值，那么需要調整聲屏障的高度、長度或聲屏障與聲源或受聲點的距離，或者調整降噪系數(shù)NRC。經(jīng)反復調整計算直至到達設計目標值。根據(jù)設計要求，聲屏障的隔聲降噪量應在〔12-15dB〕。聲屏障實際插入損失經(jīng)修正后為5.38dB，加上地面吸聲損失3.2dB,還是不符合要求，還應采取其他吸聲措施予以彌補。彌補方法：粘貼吸聲材料可較原來衰減2－8dB4.3.1在聲屏障上粘貼吸聲材料粘貼具有較強的吸收聲能、減低噪聲性能的材料。吸聲材料按吸聲機理分為：①靠從外表至內部許多細小的敞開孔道使聲波衰減的多孔材料，以吸收中高頻聲波為主，有纖維狀聚集組織的各種有機或無機纖維及其制品以及多孔結構的開孔型泡沫塑料和膨脹珍珠巖制品。②靠共振作用吸聲的柔性材料〔如閉孔型泡沫塑料，吸收中頻〕、膜狀材料〔如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革，吸收低中頻〕、板狀材料〔如膠合板、硬質纖維板、石棉水泥板和石膏板，吸收低頻〕和穿孔板(各種板狀材料或金屬板上打孔而制得，吸收中頻)。以上材料復合使用，可擴大吸聲范圍，提高吸聲系數(shù)。用裝飾吸聲板貼壁或吊頂，多孔材料和穿孔板或膜狀材料組合裝于墻面，甚至采用浮云式懸掛，都可改善室內音質，控制噪聲。多孔材料除吸收空氣聲外，還能減弱固體聲和空氣聲所引起的振動。將多孔材料填入各種板狀材料組成的復合結構內，可提高隔聲能力并減輕結構重量。4．3．2吸聲材料吸聲量的計算表2-2幾種材料的吸聲系數(shù)表材料頻率〔Hz〕/吸聲系數(shù)1252