高架桥声屏障

关键词： 屏障 建设 公路

高架桥声屏障（精选四篇）

高架桥声屏障 篇1

由于城市建筑密度大, 地面空间狭小, 为充分利用地上空间而多采用高架桥的形式, 为了满足下部空间的需要, 高架桥离地面通常有一定的高度, 这往往使得高架桥两侧的声屏障承受较大的风荷载。我国《建筑结构荷载规范》[1]规定了独立墙壁及围墙的风荷载体型系数为1.3, 规定了围护结构的局部体型系数为-2.0, 然而由于高架桥上的声屏障伫立在高空中, 且与桥面一起构成了上侧开敞的板式结构, 以上取值是否适用有待考察。我国《公路桥梁抗风设计规范》[2]按地面或水面上10m高度处100年重现期的10min年最大平均风速作为设计基准风速, 并规定了主梁以及墩、塔等结构的体型系数, 却没有明确声屏障风荷载的计算方法。目前国内外对于高架桥声屏障风荷载的研究较少, 文献[3]通过数值模拟的方法分别研究了铁路两侧声屏障在自然风荷载以及自然风和列车风致脉动力联合作用下的表面压力;文献[4]通过风洞试验和数值模拟对比研究了铁路路基和桥梁声屏障的体型系数, 建议风荷载体型系数取值分别为1.99和1.65;文献[5-8]均参照相关规范计算公路声屏障的风荷载。对于声屏障这类悬臂板式结构, 其风荷载往往是结构设计的控制荷载, 合理的风荷载的取值不仅决定了声屏障本身的抗风可靠度, 也同时影响到行驶在道路上的车辆的安全, 因此有必要针对这类结构的风荷载展开研究。

近年来, 计算流体力学 (CFD) 在结构风工程中的应用广泛, 数值模拟的方法也逐渐受到科研和工程界的认可, 相对现场实测与风洞试验, CFD更具经济性与便利性, 因此该文将针对高架桥声屏障的风荷载开展数值模拟计算。

1 结构计算模型与方法

1.1 计算工况

选取图1所示高架桥截面作为研究的对象, 桥宽19 m, 梁高2.5 m, 两侧防撞墙高0.8m, 桥面离地面的高度为10 m。声屏障的高度需要依据减噪要求和声学原理计算确定, 通常在1~5m之间, 该次研究选取顶部无弯折的声屏障, 高度为4 m。实际中由于自然风的随机性, 可能沿任意风向作用于声屏障表面, 该次研究仅考虑来流风垂直于声屏障表面的情况。

1.2 几何建模与网格划分

由于声屏障沿高架桥长度方向设置, 在水平方向有较大的尺寸, 故可建立2D模型考察截面绕流及风压分布。按照图1所示的实际尺寸建立几何实体模型, 计算域尺寸为300m×200m (X×Y) , 网格划分时人为地分为内外两部分, 以高架桥桥面中点60m×30m (X×Y) 范围内为三角形非结构网格, 其余范围为长方形结构网格, 声屏障表面网格尺寸为0.1m, 高架桥表面为0.2m, 内部区域网格最大尺寸为0.5m, 远离高架桥的外部网格尺寸逐渐增大, 以合理减少网格数量, 网格单元总数为13万左右。计算模型以及网格划分如图2所示。

1.3 计算参数

进流侧采用了速度进流边界条件 (velocity-inlet) , 流域上空采用了对称边界条件 (symmetry) , 地面以及高架桥和声屏障表面采用了壁面边界条件 (wall) , 出流侧采用压力出口 (pressure-outlet) 。采用用户自定义函数 (UDF) 分别定义进流侧的平均风剖面、湍动能以及耗散率。风剖面采用我国《建筑结构荷载规范》中规定的指数律风剖面, 由于高架桥多建造在市区及郊区, 因此选用了B类地貌的粗糙度指数

以武汉市50年重现期的基本风压w0=0.35kN/m2为标准, 由伯努利公式推得式 (1) 中标准高度处风速u10=23.7m/s。

湍动能按式 (2) 确定

式中, I为湍流度, I=I10 (y/10) -0.15。

湍流耗散率按式 (3) 确定

式中, Cu=0.09, K=0.4;Lx为湍流积分尺度, Lx=100 (y/30) 0.5。

计算选用RNGk-ε模型, 采用标准壁面函数进行修正。采用SIMPLE算法进行求解, 当所有控制方程的相对迭代残差小于10-3时, 认为计算收敛。

2 结果分析

以无穷远10m高度处的平均风压作为参考, 定义风压系数

式中, Pn为静风压, ρ为空气密度。

以高架桥桥面中点前后各25 m范围内的风压系数等值线如图3所示, 图中可见:处于来流侧的声屏障迎风面风压系数在0.8至1.0之间, 背风面在-0.8至-1.2左右, 处于尾流侧的声屏障迎风面风压系数在-0.4至-0.8之间, 背风面在0至-0.4之间, 若考虑声屏障前后两侧风压的共同作用, 则来流侧声屏障的净风压系数可达1.6至2.2, 与文献[4]中的结果以及我国荷载规范对于围护结构局部体型系数的规定比较接近, 尾流侧声屏障由于两侧风压作用方向相反而相互抵消, 净风压系数绝对值小于0.4。实际中由于风向的不确定性, 声屏障设计风荷载应按照较大一侧的考虑, 此外由于声屏障是线性工程, 从经济角度出发, 可适当考虑风荷载沿长度方向上分布的不均匀性, 体型系数宜取1.8。

3 结语

通过对高架桥声屏障二维绕流的数值模拟, 研究了声屏障表面以及高架桥附近风场风压系数的分布, 发现来流侧声屏障的净风压系数为1.6至2.2左右, 与现有研究结果以及我国荷载规范中规定的围护结构的局部体型系数接近, 尾流侧声屏障由于两侧风压作用方向相反而相互抵消, 风压系数仅为0至0.4。工程设计时, 高架桥声屏障的体型系数宜取1.8。

参考文献

[1]GB 50009—2012, 建筑结构荷载规范[S].

[2]JTG/T D 60—01—2004, 公路桥梁抗风设计规范[S].

[3]王宏朝.横风作用下声屏障力学特性数值模拟[D].洛阳:河南科技大学, 2013.

[4]郑史雄, 王林明.铁路声屏障风荷载体型系数研究[J].中国铁道科学, 2009 (4) :46-50.

[5]吴霖.城市道路声屏障的研究与设计[D].合肥:合肥工业大学, 2003.

[6]李艳.声屏障设计中的结构验算[J].噪声与振动控制, 2007 (3) :97-99.

[7]王海丰.高速公路声屏障设计[J].北方交通, 2013 (3) :110-112.

声屏障介绍 篇2

在声源和接收者之间插入一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响，这样的设施就称为声屏障。

声屏障（隔音墙）

声屏障（隔音墙）

声屏障（隔音墙）

声屏障材质选用技术指标

声屏障（隔音墙）

声屏障材料选用总的原则是降噪效果性能良好、结构安全可靠、材料价格经济、安装成本低、经久耐用、使用寿命长、景观协调、美观大方等方面。具体说明如下：

（1）隔声量大：平均隔声量应不小于35dB；（2）吸声系数高：平均吸声系数应不小于0.84；

（3）耐侯耐久性：产品应具有耐水性、耐热性、抗紫外线、不会因雨水温度变化引起降低性能或品质异常。产品采用铝合金卷板、镀锌卷板、玻璃棉、H钢立柱表面镀锌外理防腐年限在15年以上。（4）美观：可选择多种色彩和造型进行组合，与周围环境协调，形成亮丽风景线。

（5）经济：装配式施工，提高工作效率，缩短施工时间，可节省施工费及人工费。（6）方便：与其它制品并行安装，易维修，更新方便。（7）轻便：吸音板系列产品具有自重轻特点，可减轻高架轻轨、高架路的承重负荷，可降低结构造价。

（8）防火：采用超细玻璃棉，由于其熔点高，不可燃，完全满足环保和防火规范的要求。（9）高强度：结合我国各地区不同的气候条件，在结构设计时充分考虚风荷载。通过生产线压制凹槽增

加强度。

（10）防水、防尘：材料设计时充分考虑防水、防尘，在扬尘或淋雨环境中其吸声性能不受影响，构造中已设置排尘排水措施，避免构件内部积水。微穿孔共振空腔吸声在淋雨环境中吸声性能不受影响，针

对中低频降噪特别明显。（11）耐用：产品设计已充分地考虑了道路的风载、交通车辆的撞击安全和全气假的露天防腐。产品采用铝合金卷板、镀锌卷板、玻璃棉、H钢立柱表面镀锌处理。在质保期内不腐蚀、不变型、吸声、隔声

效果不降低。

声屏障即是声源和接收者之间插入一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响。

产品特点：??? 声屏障有3米左右普通高度的，也有高达９米以上的；有安装在高架、轻轨上的，也有安装在铁路沿线、高速路路肩的；有轻轨上的全封闭屏障，也有跨度近20米的高架路面全封闭等等；有普通金属结构的，也有砖混结构的；每种声屏障的高度不同、安装地点不同，它的结构、基础设置还是有很大的差异的，特别是在钢结构和基础设计部分。

产品种类：

交通隔音屏障、设备噪音衰减隔音屏障、工业厂界隔音屏障。（尺寸、规格根据客户需求定制）

性 能：

声屏障的减噪量与噪声的频率、屏障的高度以及声源与接收点之间的距离等因素有关。

声屏障的减噪效果与噪声的频率成分关系很大，对大于2000Hz的高频声比800一1000Hz左右的中频声的减噪效果要好，但对于25Hz左右的低频声．则由于声波波长比较长而很容易从屏障上方绕射过去，所

以效果就差。

通常，声屏障对高频声可降低l0—15dB。声屏障的高度，可根据声源与接收点之间的距离设计，屏障的高度增加一倍，则其减噪量可增加6dB，为了使屏障的减噪效果较好，应尽量使屏障靠近声源或接收点。

应 用：

适用于高速铁路、高速公路、高架桥、轨道交通、发电站、医院、学校、工业企业建筑施工工地等多种

声屏障基础型式探讨 篇3

关键词：声屏障,基础型式,弯矩剪力

根据现有的设计资料及经验,主要有四种路基声屏障基础型式,人工挖孔混凝土桩、双钢管桩、四钢管桩、浅基,见图1～图4。

1 设计参数

基本风压W0按辽宁省50年一遇,分为4档:0.3 kN/m2、0.4 kN/m2、0.5 kN/m2、0.65kN/m2。

基础的竖向荷载为上部自重、系梁、承台等。

2 设计使用年限

根据《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)要求,基础的设计使用年限为50年,结构安全等级为二级。

3 声屏障柱脚处弯矩剪力

根据《公路环境保护设计规范》(JTG B04-2010)及《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2004中的规定,同时考虑安全需要及辽宁省实际情况,计算声屏障柱脚处弯矩剪力时公式中系数按如下取值:k0为设计风速重现期换算系数按1.0取值;k1为风载阻力系数按1.3取值;k2为考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数,按A类地表粗糙度类别离地面高度5m考虑取1.08;k3为地理地形条件系数按一般地区取1.0;k5为阵风风速系数,对于A类地标按1.38取值;Awh为横向迎风面积;W0为基本风压。Fwh为横桥向风荷载标准值Fwh= k0 k1 k22k3 k52 W0Awh。

4 根据弯矩剪力确定人工挖孔混凝土桩单根桩长(桩径80cm)

按刚性桩计算,保证基础在土中有可靠的嵌固及考虑路基坡面土没有提供充分抗力计算而得桩长如表3:

5 根据弯矩剪力确定双钢管桩型式单根桩长(桩径=257mm,壁厚8mm)

按复合桩基承载力计算,考虑竖向承载力、单桩水平承载力、群桩水平承载力、桩基抗拔极限承载力,计算所得双钢管桩型式单根桩长如表4所示:

6 根据弯矩剪力确定四钢管桩型式单根桩长(桩径=100mm,壁厚8mm)

按复合桩基承载力计算,考虑竖向承载力、单桩水平承载力、群桩水平承载力、桩基抗拔极限承载力,计算所得四钢管桩型式单根桩长如表5所示:

7 根据弯矩剪力确定浅基基础型式方案

按《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)进行了浅基础稳定计算,验算了基础抗倾覆和抗滑移稳定性,并根据实际情况确定了5种浅基础型式方案,如表6所示:

8 不同基础技术经济比较

在同一种基本风压、节间距、声屏障高度的情况下,可以选择不同的基础型式,但是每一种基础型式都有不同的造价和技术施工特点,经过技术经济比较得出如下结论:

(1)风压小于0.45kN/m2,低填方路基段且节间距为2m时,从造价及施工工艺综合考虑浅基较为合理,但考虑到高速公路多采用较为经济的4m节间距,4m节间距单根桩基造价比2m节间两个浅基造价经济。节间距为3～4m的情况,则应采用混凝土桩基。

(2)填方路基段浅基方案的优缺点

①为满足冻深要求,浅基基底埋深距土路肩顶面至少应在1.4m以上,考虑到上覆土0.3m,如果路基横向不超填,则基础底与土路肩顶面的距离为2.0～2.5m,坡面开挖深、影响范围大,需采取支挡措施,同时需加长钢立柱,增加工程量和施工难度。

②若超填一定宽度,将基础置于超填路肩上,则增加土方填筑工程量,且路基越高,填筑数量越大,且路基施工时就必须确定声屏障位置及超宽填筑段范围,增加占地,增加了设计、施工、管理衔接的难度,如果后期路基两侧声敏感点位置有变化,则路基的超填范围及征地范围与设计不符,会给后期施工和管理造成巨大困难。

③总的看来,浅基的适用范围较小,仅在低填路基且必须采用2m节间的时候,可以采用浅基型式,其他情况浅基没有优势。

(3)人工挖孔混凝土桩,桩径较小(0.8m),挖孔难度较大,施工周期较长,但在技术和经济上比较,优势明显,为了克服挖孔难度大的缺点,桩径可以适当增加(0.9m)。

(4)根据广西、四川声屏障设计经验,考虑了双钢管桩和四钢管桩的设计方案,经济上看,优势不明显,但是这种方案机械化施工,无需开挖路基,施工周期短,型式也较灵活,特殊情况下有优势(如中分带设置声屏障时,底下有通信管线,采用双钢管桩的型式可以跨越通信管线)。

公路声屏障研究进展 篇4

1 声屏障材料技术

1.1 声屏障材料的应用

美国在20世纪70年代修建声屏障的材料有一半以上都是用板材或混凝土砌块, 从80年代起开始, 才大量采用吸声类声屏障。吸声类声屏障材料主要有板材或轻集料混凝土砌块、刨花板背衬混凝土板、带穿孔面层的钢板、面层覆盖轻集料混凝土的普通混凝土板和面层为各类轻质材料的塑钢板等。各材料的具体应用及其优缺点如表1所示。

我国高速公路常用路网声屏障品种有钢化玻璃声屏障、陶瓷板材声屏障、水泥木屑吸声板、微穿孔板吸声屏障、聚酯隔声板和彩钢板等。

1.2 声屏障吸声材料的发展

在声屏障面向声源一侧增加吸声材料是目前声屏障常采用的方式, 增加吸声材料, 降低声屏障内侧的噪声。国内外常用的吸声材料如表2所示。

表2综合对比了国内外各种吸声材料优缺点。陆豫等通过对广西高速公路声屏障的研究, 发现夹芯板型综合了微孔共振吸声结构和泡沫铝吸声结构, 且下部金属板具有一定的反射作用, 因此降噪效果最为明显;混凝土和PC复合板型降噪均以反射作用为主, 由于混凝土粗糙表面具有一定的吸声作用, 因此其降噪效果略好于单纯依赖反射作用的PC复合板。

2 声屏障结构

2.1 顶部结构研究

声屏障的结构对降噪效果有着非常直接的影响, 目前的结构形式有圆柱形、逆L形、直立形、“T”形、箭形、蘑菇形、水车形、“Y”形、鹿角形等。

1980年, May和Osman等人得出了“T”形屏障相对于高度相同的普通屏障插入损失增大2~3 d B;“Y”形顶部结构形式设计也是一种降噪效果比较好的声屏障顶部结构形式, 同时由“Y”形声屏障发展出了降噪效果更好的“鹿角”型屏障。

图1为各种顶部结构的声屏障, 无论其表面是刚性, 还是表面附着吸声材料, 相对而言, “T”形顶声屏障都有较好的降噪效果, 并且有结构简单、便于加工制造等特点。

2.2 吸声结构

在道路声屏障中, 吸声共振型和扩散反射型是两种最基本的声学结构。由多年国内外城市道路声屏障发展得出的经验, 吸声共振型声屏障有着声学元件构造精细美观、结构自重轻、吸声性能好而占用的建筑空间较小的优点。扩散反射型声屏障在材料使用上的发展趋势是透明、质轻、强度高、隔声性能好、易安装且施工工业化程度高。

3 结束语

根据近期国务院批准的《国家公路网规划 (2013—2030年) 》。调整后的国家高速公路相比2011年底再增加33 000 km。可以预见, 公路交通噪声将成为环境治理的重点。虽然公路交通噪声污染防治技术与产品有了较大的发展, 但在交通噪声产生机理、传播特性、声源识别等问题的研究上, 还与国外发达国家的研究水平有一定差距, 因此, 要有针对性地加强这些方面的研究, 使公路交通声屏障的实际应用得到更好的发展。

参考文献

[1]刘建文, 万红卫, 李伟, 等.国内道路声屏障行业发展中的几个问题浅析[J].环境工程, 2012 (30) :63-65.

[2]陆豫, 李云涛, 毛志刚.广西高速公路声屏障降噪效果研究[J].环保前沿, 2012 (7) :131-134.