声屏障结构对降噪效果影响研究

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1、声屏障结构设计及降噪性能研究陈继浩冀志江王静（中国建筑材料科学研究总院，绿色建筑材料国家重点实验室北京100024）摘要：顶部结构对提高声屏障降噪效果具有显著作用，设计了不同结构的顶部结构，并设计建造了T形圆弧顶和多重楔形组合的声屏障，利用声学仿真软件RAYNOISE对降噪效果进行了仿真模拟，并和实际建造的声屏障的降噪效果进行了对比。结果显示，多重楔形与T形弧形顶结合的声屏障具有较好的降噪性能，在屏障后20m，高度1.5m位置插入损失达到10.9dB。关键词：声屏障，顶部结构，模拟，T形弧形顶1．引言随着车流量的快速增加，交通噪声影响越来越严重，

2、隔声屏障作为控制道路噪声污染的主要方式正在得到快速发展。对于城市道路，声屏障的高度受到限制，高度低于3m的声屏障的研究有着重要的现实意义。国外目前通常通过改善声屏障几何形状及吸声性能，[1]特别是在竖直障板顶端加上一些简单几何结构来增加障板的隔声性能。顶部结构在不增加声屏障高度的情况下显著提高声屏障的降噪性能，因此在国外得到大量应用，在国内逐渐得到重视。国外大量应用计算机技术对声屏障影响区域的降噪效果进行数值模拟，大大提高了效[2-4]率和准确性。近年来国内研究人员也开始重视应用计算机模拟技术对声屏障降噪效果进[5]行预测，从而为设计高效声屏障提

3、供依据。对T形圆弧形顶、Y形分叉形顶等不同顶部结构进行了设计，并对T形圆弧形顶部结构和多重楔形的结构组合的声屏障进行了工程实践，这种声屏障具有环境协调，外观美观，制造、安装、维修方便等特点。实测显示，这种声屏障具有良好的降噪性能。2.声屏障顶部结构设计2.1T形圆弧形顶部结构圆弧形顶部结构剖面如图1。这种声屏障顶部结构设计，解决噪声传播中的主要并且难处理的声绕射问题。采用了吸声材料形成的空腔结构，因此可以最大程度的阻隔和吸收通过顶部绕射的噪声。这种结构由钢框架形成的空腔和顶端的吸声材料等构成。框架形成三个截面积变化的空腔，空腔相互隔开。考虑耐候性

4、的需要，在空腔顶部覆盖新型吸声材料——具有较好吸声性能的泡沫铝作为顶部装置的顶面覆盖材料，提高其使用持久性。为提高装置的吸声效果，空腔内还可以添加吸声材料。这种结构最大的特点是采用渐变截面空腔结构形式，吸声频带变宽；１由于有较深的空腔，吸声频带向低频移动，从而提高声屏障的降噪效果。图1T形变截面顶部吸声装置2.2Y形顶部结构另一种顶部降噪装置是Y型分叉型顶部降噪装置，由计算机仿真模拟结果可知，Y形分叉型顶部结构也具有较好的降噪性能，因此设计出具体的结构。Y形分叉型顶部结构如图2所示。顶部装置为呈Y型分布的两个薄板，板面上表面靠上的位置各安装两个带

5、空腔的吸声体，形成分叉的顶部结构。空腔表面覆盖吸声材料，如泡沫铝。这种结构由于使经过声屏障顶部的绕射声经过多次衍射扩散，消耗掉顶部的绕射声能。同时由于在顶部的吸声体采用空腔结构，可以吸收中低频声能，使顶部绕射声能进一步减小。该装置底部两端设有与直立隔声屏障连接的螺栓孔，可以在常见的直立声屏障立柱顶端增加连接板，与上面的吸声顶部装置连接，以便将其固定。图2Y型分叉型声屏障顶部结构新型设计的声屏障顶部结构，由于考虑到解决噪声传播中的重要并且难以处理的绕射声，采用了分叉型的结构，使道路声源发出的噪声在分叉的多个分枝处多次衍射，使声能得到扩散；同时，在分

6、叉上设置空腔吸声结构，道路所产生噪声为中低频噪声，而空腔结构对这种噪声有较好的吸声效果，因此取得较好的降噪效果。由于顶部扩散装置的采用，２可以大大降低隔声屏障的高度，节约了建设成本，提高了降噪效果。此外由于采用泡沫铝等吸声材料，具有较好的耐候性。隔声屏障顶部装置结构简单轻便，安装方便。计算机仿真模拟研究结果显示，T形圆弧型声屏障顶部结构具有在较低区域的良好降噪性能，特别是在高度低于3m的位置具有较好的降噪性能。而Y形分叉形顶部结构在屏障后较高位置具有较好的降噪性能。这两种结构都申请了专利。3.示范工程声屏障设计特点以京秦高速大旺庄段的声屏障工程为

7、例进行了新型隔声屏障的设计。设计根据噪声敏感点的特点，采用专利设计的声屏障T形圆弧顶部结构，和多重楔形结构组合以取得较好的降噪效果。在声屏障结构基本确定以后，利用声学仿真软件RAYNOISE对声屏障进行了降噪效果的仿真模拟，并对建造后的声屏障实测降噪效果进行了对比。所设计的声屏障共分为四部分，最上部是圆弧形顶部结构，屏障挡板采用插入H型钢立柱的方式，共分为上中下三个部分。上部采用多重楔形结构，中部采用透明聚碳酸酯透明板形成透明视窗，底部采用泡沫铝和钢板形成的框架空腔结构。声屏障立剖面图如图3。图3声屏障立剖面图多重楔形吸声结构，吸声面布置在楔形的

8、下表面，采用新型吸声材料——泡沫铝作为吸声材料。楔形结构具有不规则的空腔，可以吸收较宽频带的噪声；由于可以在竖直方向上布置空腔，使这种结