城市高架轨道交通体系振动与噪声控制城市高架轨道交通体系振动与噪声控制.doc

1　概述 1 . 1　加快发展城市轨道交通的必要性城市化是世界各国共同的发展趋势。发达国家城市化进程的经验教训告诉我们: 住房、环境和交通是影响城市发展的三大要素, 尤以交通为甚。当前我国经济快速增长, 城市人口急剧增加, 特别是近 40 个百万人口以上的大城市, 城市交通问题日益尖锐, 从而轨道交通工具迅速起步。地铁、轻轨和单轨是最主要的轨道交通形式。随着 99 年北京地铁“复八线”的建成通车, 我国在北京、天津、上海和广州建成的城市轨道交通线路已超过100 公里。我国快速轨道交通建设正面临着大发展的历史性机遇。 1 . 2　高架轨道交通 城市轨道交通按走行方式分为地下、地面和高架三种。高架轨道交通作为一种经济、实用、高效、安全的快速交通模式, 成为城市轨道交通建设的世界性趋势。它相对于其它走行方式的优势在于: (1)高架轨道交通经济, 建设周期短。 高架轨道交通的优越性是很明显的: ①高架线路造价为地下线的 1/3, 高架车站的建设费用为地下车站的 1/9, 运营费用是地下线的 1/3。建设一条地下线的资金可以建三条同样长度的高架线。②由于高架线是在地面上建设, 建造速度快, 适应了大城市发展的需要。 (2)相对地面线与地面道路交通相冲突的缺点, 高架轨道交通更为高效和实用。 (3)与普通道路交通运输形式相比, 高架轨道交通在完全封闭的系统中运行, 安全性更好。 1 . 3　高架轨道交通的三大问题 振动、噪声和城市景观是高架轨道交通的三大问题。世界各国都非常重视高架轨道交通的振动噪声以及它与周边环境相协调的研究。对于振动噪声问题, 由于高架轨道交通大多穿越或位于闹市区和居民区, 因此轮轨噪声、车辆噪声等声源产生的振动噪声对周围环境的影响变得十分突出。振动噪声问题成为建设高架轨道交通的最大障碍, 能否将振动与噪声控制在最低限度内, 是高架轨道交通在城市可行与否的关键。 2　高架轨道交通振动、噪声源 2 . 1　主要振动源 (1)列车速度对结构的竖向动力影响按 Chua 在文章中提供的车速 80km/h (22m/s)来考虑[ 1 ] , 根据桥梁结构振动学, 可不记列车速度对结构动力的影响。 主要与车辆动力机械运转及技术参数有关, 如弹簧刚度、簧上质量、簧下质量等。 (2)轨道结构振动 主要是与轨道结构参数有关, 如: 质量、刚度、阻尼等。 (3)轮轨不平顺 大量研究表明: 轮轨不平顺是引起轮轨振动的主要原因, 主要包括车轮的不平顺和轨道的不平顺。 2 . 2　主要噪声源 轨道交通系统的噪声源有 (1)机械噪声及结构噪声 ①车辆运行时轮轨部产生的噪声。 滚动噪声 由于车轮踏面和钢轨表面粗糙, 凹凸不平, 钢轨表面伤痕等原因, 车辆在钢轨上运行不是单纯的滚动, 而是滚动的同时在极小的范围产生跳动, 轮轨间出现一定冲击, 使钢轨的车轮产生强迫振动而发出的噪声。 冲击噪声 轮轨冲击噪声是车轮通过钢轨接头、道岔部分以及车轮踏面擦伤、剥离后在钢轨上运行时由于冲击而产生的噪声。从噪声源来考虑, 分为轨道振动和车轮振动而引起噪声两种情况。冲击噪声与滚动噪声不同的是其冲击, 而且是不连续的。 摩擦噪声 摩擦噪声是车辆通过小半径曲线和道岔时产生的频率较高的刺耳的“吱吱”声。在曲线区段, 尽管车轮踏面有一定锥度, 车辆仍然不能以纯滚动通过曲线, 这正是产生强烈刺耳尖叫声的根本原因。 ②结构噪声 由于轮轨表面相互作用产生的振动通过轨道、桥梁、地基等传递导致桥梁、地下结构、附近建筑墙壁、楼板振动而辐射噪声。 (2)车辆设备的噪声 通风机、压缩机、牵引电机噪声。 (3)车辆运行时的空气动力噪声 总之, 高架轨道交通噪声源种类繁多, 其噪声具有宽频带特征, 从0- 6kHz, 因此对其传播控制是一个比较复杂的问题。 3　高架轨道交通振动噪声的控制 对于振动噪声控制主要采取振源与声源控制、振动传播与声传播控制以及承受物控制三个方面进行。其中, 从振源及声源进行控制是根本途径, 对于交通系统来说分为线路防振降噪和机车防振降噪两个方面, 但这种防振降噪是有一定限度的, 通常是从规划上或设计上着手。从规划上着手是一种比较主动的方式, 而从设计上着手则是一种被动的方式。 3 . 1　从振源及声源角度采取的防振降噪措施 (1)车辆的防振与降噪措施 各国在研制新型轨道交通车辆时, 采取了如下几方面的防振降噪措施。 ①采用了弹性车轮、充气橡胶车轮、阻尼车轮及弹性踏面车轮等。 采用这些经过特殊处理的车轮, 可减振降噪 2- 1