组合式桥梁护栏增设声屏障设计分析

组合式桥梁护栏增设声屏障设计分析

李晨

江苏一环集团有限公司 江苏宜兴 214200

摘要：声屏障在设计使用寿命期需承受数百万次的列车气动风压作用，为了声屏障安全应用，实验室对其进行声学与力学性能检测，其中力学性能中的抗疲劳性能是一项重要指标。本文主要研究了组合式桥梁护栏增设声屏障设计相关策略。

关键词：组合式桥梁；护栏；声屏障设计

引言

声屏障可以降低桥梁噪声，改善沿线声环境质量，是我国桥梁主要降噪措施。列车高速通过声屏障时，由于列车周围空气产生强烈扰动，线路两侧声屏障构件表面会产生动力脉冲波。长期气动交变荷载作用对声屏障结构疲劳寿命影响很大，可能引起疲劳损坏，影响其使用年限和行车安全。因此，开展运营期声屏障动力响应变化分析对声屏障设计和安全评估具有重要意义。

1组合式桥梁路段交通噪声的主要特点

基于组合式桥梁路段多与地方道路构成高架复合道路的特点，与高层敏感建筑物高差差异使得其噪声分布特性也有所改变，特别是对于“共用走廊带”高架桥，不同于一般的高架桥和交通干道，除了道路本身的交通噪声传播特点之外，其噪声还具有“复合性”，主要表现在：

（1）原有道路噪声的贡献量不可忽视

对于“共用走廊带”的高架道路，由于高架桥声源高度相对较高，而原有地面道路的背景噪声的声源高度相对较低，其声场分布为二者的叠加，而地面道路和高架路交通噪声对不同楼层的影响又有很大差别。因此在高架道路交通噪声治理过程中应特别注意。

（2）高架桥“屏障”作用。

一方面由于高架桥声源高度较高，对距离较近的楼层较低的敏感目标，存在一定的声影区范围。另一方面出于安全考虑，组合式桥梁高架桥一般都会在两侧设有一定高度的防护栏，同时也可视为天然的声屏障，若声波从各行车道中心点传出，则高架桥的立体结构会对声波传递形成一定的影响，对高架桥两侧的敏感目标形成了保护。

（3）地面反射

共用走廊带时，地面道路交通噪声在传播过程中遇到高架桥下桥面时，由于声波的反射作用，会发生多次发射，桥下的交通噪声是反射声与衍射声的叠加，使得桥面与路面之间的噪声形成一定的混响效果。因此，在预测分析和噪声控制时需要适当考虑高架桥两侧较低楼层的噪声受反射声的影响。

(4）高架道路噪声垂直声场分布特征

声场上移，且影响增大。由于声源为立体声源，因此在垂直方向上的影响增大。高架桥建设后道路两侧高层建筑交通噪声垂直声场一般会上移，高层建筑较建桥前声级升高。同时，由于高架桥本身对上、下层交通噪声的遮挡会使其高度以下楼层或以上楼层出现一噪声低值。就高架桥上的车流引起的噪声影响而言，随着临路建筑物高度的增加，噪声级逐渐增大，在某一高度上达到最大值后，噪声值随高度增加而减小。

2声屏障存在的主要问题

1）整体式声屏障的相关混凝土板单元较大，在施工中将大量消耗水泥和钢材等材料，同时由于整体式声屏障自身的荷载将会使桥梁的设计承载力要求相应提高，如此不仅增加了桥梁的设计难度，更增加了在施工过程中的难度。

2）工厂预制混凝土面板运输安装过程当中需要大型起重设备，这就导致在运输安装过程当中成本偏高。

3）目前在运行线路上所使用的整体式声屏障，其是单独制作完成混凝土单元板和吸声板，然后再将制作完成的吸声板粘贴到预制完成的混凝土单元板上。在制造整体声屏障过程中如果吸声板与混凝土单元板粘结不充分或不牢固，当长期受到列车运行而产生的震动影响和高速列车所形成的气流拉扯可能使吸声板脱落，最终造成环境的污染和列车运行的风险。

3项目概况

某桥梁工程全长77.7km，全线采用双向四车道组合式桥梁标准建设，设计时速80km/h，于2005年建成通车，至今已有巧年有余，公路沿线地貌及构造物已发生较大变化，居民点密布在高架桥两侧，沿线的声环境敏感点较多，需进行相应降噪设计。

4设计原则

(1)降噪效果明显，满足公路声屏障设计要求;

(2)声屏障屏体及金属构件材料满足防腐、防火、防眩、防浸、防老化等物理性能要求;

(3)新增声屏障对组合式桥梁原构造物损害较小，不能影响原构造物正常使用;

(4)新增声屏障的荷载、强度、挠度等力学性能及构造满足相应规范要求;

(5)材料设备配置简单、管理维护方便，经济实用;

(6)安全可靠，施工简便，成品与周围景观协调一致。

5组合式桥梁护栏增设声屏障设计方法

由于距离组合式桥梁水平距离较近，噪声值在61.4一67.8dB之间，低于昼间70dB的国家4a类噪声要求，但夜间时，该值高于55dB的限值要求，所以此处需要设置声屏障进行降噪处理，按照有限长声屏障声衰减6.6dB考虑，此外夜间车流量减少，按降低5dB考虑，加上居民楼外墙的隔音，设置声屏障后完全能达到夜间噪声值低于55db的要求。考虑绕射声影响，在垂直方向，声屏障选择折板型，可以增加屏体的有效高度，在水平方向，声屏障设置长度需要完全覆盖噪声敏感区建筑物，可向前后各顺沿50m。综上所述此段落设置2.5m高声屏障，声屏障长度760m。

6结论及建议

1)动车组以300km/h通过时，声屏障结构表面所承受气动荷载显著。

2)车头通过时，单元板、立柱位移信号先正后负，立柱应力(应变)信号先正后负，单元板应力(应变)信号先负后正。车尾通过时情况相反。

3)列车风压对声屏障不同位置的变形和应力的影响程度不同。同一列车通过时单元板位移大于立柱位移，立柱的应力大于单元板应力。

4)高速铁路运营10年后，声屏障结构各项动力性能指标均发生变化但仍低于限值。单元板和立柱最大应力下降而最大位移增大，表明声屏障受力部件和约束部件可能出现承载能力下降及老化问题。

结语

针对在组合式桥梁护栏上增设声屏障，一定要尽可能地减小对原桥梁构造物的破坏，并综合考虑经济高效、施工便利等因素，因地制宜优化声屏障与防撞墙的连接形式，并充分验算声屏障的强度及挠度。施工过程中，要严把材料质量关，安装时谨防磕碰破坏防腐层及吸隔音材料。

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