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        地鐵沿線建筑物室內(nèi)振動(dòng)與噪聲特性測(cè)試與分析

        2021-04-17 02:54:28張?zhí)扃?/span>周俊召熊永亮羅雁云
        噪聲與振動(dòng)控制 2021年2期
        關(guān)鍵詞:振動(dòng)

        張?zhí)扃?,周俊召,熊永亮,羅雁云

        (同濟(jì)大學(xué) 鐵道與城市軌道交通研究院,上海201804)

        目前我國(guó)城市軌道交通在快速發(fā)展,隨之帶來(lái)的沿線建筑物室內(nèi)振動(dòng)與二次結(jié)構(gòu)噪聲問題也受到廣泛關(guān)注。地鐵車輛在運(yùn)行時(shí)由于輪軌間的相互作用所產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)通過軌道結(jié)構(gòu),例如隧道結(jié)構(gòu)和高架墩臺(tái)、路基等向周圍環(huán)境傳播,振動(dòng)在經(jīng)由建筑物基礎(chǔ)后誘發(fā)建筑物墻體、樓板等振動(dòng),輻射出二次結(jié)構(gòu)噪聲。這種振動(dòng)和結(jié)構(gòu)噪聲會(huì)對(duì)居民的生活、工作和休息產(chǎn)生影響[1-3]。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究,并得到了大量有價(jià)值的研究成果。曾澤民[4]選取了無(wú)上蓋物業(yè)的廣州地鐵車輛段受振動(dòng)影響較大的咽喉區(qū)、試車線區(qū)域,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),獲得了車輛段敏感區(qū)域的地面及臨近建筑物振動(dòng)傳播規(guī)律;歐陽(yáng)昭[5]基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),分析了導(dǎo)致建筑物二次輻射噪聲的主要振動(dòng)方向及其頻譜分布特點(diǎn);申道明[6]等就地鐵列車引起的建筑物內(nèi)的二次輻射噪聲進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和評(píng)價(jià)量的探討分析,總結(jié)了運(yùn)行列車引起的室內(nèi)二次輻射噪聲特性;康波[7]運(yùn)用有限元軟件建立了隧道-土層-建筑物三維有限元模型以及聲學(xué)軟件建立了建筑物聲學(xué)邊界元模型,分析了地鐵列車通過時(shí)隧道及建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性。Metrikine[8]通過建立二維模型分析了地鐵振動(dòng)波對(duì)周國(guó)建筑物的影響及其傳播規(guī)律。

        本文基于距某城市軌道交通地下線路25 m的6層居民樓的室內(nèi)1 樓振動(dòng)和噪聲現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,分析了兩種不同剛度扣件工況下室內(nèi)振動(dòng)和二次結(jié)構(gòu)噪聲的頻域特性,為降低室內(nèi)振動(dòng)和噪聲提供依據(jù)。

        1 測(cè)試工況

        為了研究不同減振扣件工況下地鐵沿線建筑物的室內(nèi)振動(dòng)與噪聲特性,本文進(jìn)行了室內(nèi)振動(dòng)與二次結(jié)構(gòu)噪聲試驗(yàn)。測(cè)試的區(qū)間為直線段,列車為B型車6節(jié)編組。測(cè)試區(qū)段先采用扣件A,后又替換為剛度較低的扣件B,其中扣件A 剛度約為50 kN/mm,扣件B 剛度約為35 kN/mm,因在同一測(cè)試區(qū)間,避免了車速、線型、埋深等的影響。敏感底部距離隧道上邊線最小距離為25 m,建筑物為1 座6層居民樓。

        測(cè)試建筑物室內(nèi)振動(dòng)時(shí)采用B&K8340 壓電振動(dòng)加速度計(jì),量程為0.5 g,測(cè)試室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲時(shí)采用丹麥B&K4189 1/2英寸自由場(chǎng)傳聲器,其頻率范圍為6.3 Hz 至20 kHz,動(dòng)態(tài)范圍為14.5 dB 至146 dB。試驗(yàn)過程中緊閉門窗,保持室內(nèi)安靜,關(guān)閉冰箱、熱水器等噪音干擾源,避免人員走動(dòng)、說話及其他噪聲對(duì)測(cè)量信號(hào)的干擾。為了避免室內(nèi)1階駐波對(duì)低頻二次輻射噪聲信號(hào)的影響,測(cè)點(diǎn)選擇在距墻壁0.5 m以外,近1/3~1/2 房間幾何尺寸以內(nèi),避開房間幾何中心位置。此外,綜合考慮國(guó)內(nèi)外規(guī)范,測(cè)試室內(nèi)共布置3個(gè)噪聲測(cè)點(diǎn),除中心測(cè)點(diǎn)2以外,另一個(gè)測(cè)點(diǎn)1布置在墻角,測(cè)點(diǎn)3布置于居民休息和工作位置,即臥室床頭附近,上述測(cè)點(diǎn)高度均為1.2 m。此外,在室內(nèi)噪聲測(cè)點(diǎn)附近各布置一個(gè)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)V1、V2、V3,測(cè)量室內(nèi)垂向加速度。測(cè)點(diǎn)布置示意圖詳見圖1。圖中V1、V2、V3為振動(dòng)測(cè)點(diǎn),S1、S2、S3為噪聲測(cè)點(diǎn),V1 和S1 離線路最近?,F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖如圖2所示。

        圖1 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

        圖2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖

        2 室內(nèi)振動(dòng)特性分析

        2.1 分頻最大振級(jí)VLmax分析

        對(duì)所測(cè)得的高峰時(shí)段列車經(jīng)過時(shí)室內(nèi)各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)加速度信號(hào)進(jìn)行頻譜分析得到振級(jí),并進(jìn)行Z 計(jì)權(quán),進(jìn)而得到各測(cè)點(diǎn)分頻最大振級(jí)。其中基準(zhǔn)加速度為1×10-6m/s2,Z計(jì)權(quán)采用《JGJ/T 170-2009》規(guī)定的Z 振級(jí)的計(jì)權(quán)因子,如表1所示。選取20組離散性較小數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,振級(jí)結(jié)果如表2所示,為了更加直觀地分析振動(dòng)特性,同時(shí)采用柱狀圖分析,如圖3所示。

        表1 JGJ/T 170-2009規(guī)定的Z振級(jí)的計(jì)權(quán)因子/dB

        表2 不同扣件工況下室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)分頻最大振級(jí)VLmax/dB(Z)(4 Hz~200 Hz)

        從表2和圖3可以看出,列車經(jīng)過時(shí),替換前振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的分頻最大振級(jí)均值在60 dB(Z)左右,替換扣件后降為55 dB(Z)左右,且在替換前后均呈現(xiàn)出V1>V2>V3的規(guī)律,這是由于距離線路的實(shí)際距離為V3>V2>V1,說明測(cè)點(diǎn)1、2、3的振動(dòng)能量隨著與線路距離的增大而逐漸減小。此外,從圖2可以看出替換后各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的垂向分頻最大振級(jí)均有不同程度減小,均在5 dB(Z)至8 dB(Z)范圍內(nèi)。這說明替換為剛度較低的扣件B 后該區(qū)間減振效果增強(qiáng),所以振動(dòng)傳遞至建筑物后室內(nèi)振動(dòng)有所降低。

        圖3 不同扣件工況下室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)分頻最大振級(jí)VLmax/dB(Z)(4 Hz~200 Hz)

        2.2 頻域特性分析

        圖4和圖5為兩種扣件工況下列車經(jīng)過時(shí)居民樓1 樓室內(nèi)垂向振動(dòng)測(cè)點(diǎn)在Z 計(jì)權(quán)方式下的1/3倍頻程對(duì)比圖。

        圖4 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)Z計(jì)權(quán)垂向振動(dòng)加速度級(jí)倍頻程圖(扣件A)

        圖5 振動(dòng)測(cè)點(diǎn)Z計(jì)權(quán)垂向振動(dòng)加速度級(jí)倍頻程圖(扣件B)

        從圖中可以看出,替換扣件后各測(cè)點(diǎn)垂向振動(dòng)在40 Hz以上的頻段內(nèi)基本均有所降低。在扣件A工況下,各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的峰值頻率都在63 Hz左右;更換為扣件B 后,各測(cè)點(diǎn)峰值頻率基本都在40 Hz~50 Hz 頻段內(nèi),更換扣件前后各測(cè)點(diǎn)在12.5 Hz 附近均存在局部峰值。更換扣件后,峰值頻率降低。

        3 室內(nèi)二次結(jié)構(gòu)噪聲特性分析

        3.1 等效連續(xù)A聲級(jí)

        與室內(nèi)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析方法相同,對(duì)高峰時(shí)段列車經(jīng)過測(cè)試截面時(shí)采集到的各測(cè)點(diǎn)噪聲信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,得到各噪聲測(cè)點(diǎn)等效A聲壓級(jí)LAeq分別如表3和圖6所示。

        表3 不同扣件工況下室內(nèi)各測(cè)點(diǎn)等效連續(xù)A聲級(jí)LAeq/dB(A)

        圖6 不同扣件工況下室內(nèi)噪聲測(cè)點(diǎn)等效A聲壓級(jí)LAeq/dB(A)(16 Hz~200 Hz)

        從中可以看出在16 Hz 至200 Hz范圍內(nèi),在扣件A 工況下,各噪聲測(cè)點(diǎn)等效A聲級(jí)均在35 dB(A)左右,當(dāng)替換為扣件B后,各噪聲測(cè)點(diǎn)等效A聲級(jí)均在28 dB(A)左右,且與振級(jí)相同,呈現(xiàn)出測(cè)點(diǎn)1>測(cè)點(diǎn)2>測(cè)點(diǎn)3的規(guī)律。此外,從圖6可以看出替換后各噪聲測(cè)點(diǎn)的等效A 聲壓級(jí)均有不同程度減小,均在5 dB(A)至6 dB(A)范圍內(nèi)。這說明該區(qū)間在采用剛度較低的扣件B 后減振效果增加,由室內(nèi)振動(dòng)輻射的二次結(jié)構(gòu)噪也隨之降低。

        3.2 頻域特征分析

        圖7和圖8分別為扣件替換前后列車經(jīng)過時(shí)一樓各噪聲測(cè)點(diǎn)的A 計(jì)權(quán)1/3倍頻程圖??梢杂^察到替換前后各噪聲測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)相似的頻譜特性,替換后峰值頻率略有所改變,聲壓級(jí)明顯降低。具體來(lái)說,替換扣件后,各噪聲測(cè)點(diǎn)的全局峰值頻率由63 Hz左右變?yōu)?0 Hz左右,峰值聲壓級(jí)降低了約3 dB(A),且與等效連續(xù)A聲級(jí)規(guī)律相同,峰值頻率處的聲壓級(jí)呈現(xiàn)出測(cè)點(diǎn)1>測(cè)點(diǎn)2>測(cè)點(diǎn)3的規(guī)律。綜合分析室內(nèi)振動(dòng)頻域特征可知,在相同工況下,室內(nèi)振動(dòng)與其輻射的二次結(jié)構(gòu)噪聲峰值頻率基本一致。

        圖7 噪聲測(cè)點(diǎn)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)1/3倍頻程圖(扣件A)

        圖8 噪聲測(cè)點(diǎn)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)1/3倍頻程圖(扣件B)

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文在對(duì)不同扣件工況下地鐵沿線6層居民樓1樓室內(nèi)振動(dòng)與噪聲進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,從頻域角度對(duì)此進(jìn)行對(duì)比分析,得到以下結(jié)論:

        (1)在同種扣件工況下,室內(nèi)振動(dòng)與噪聲的峰值頻率基本一致,替換前均為63 Hz左右,更換為扣件B后,峰值頻率變?yōu)?0 Hz~50 Hz左右。

        (2)在其它工況不變的情況下,采用剛度較小的扣件后,室內(nèi)振動(dòng)與二次結(jié)構(gòu)噪聲均有所降低。

        (3)室內(nèi)不同位置的測(cè)點(diǎn)振級(jí)和聲壓級(jí)不同,基本呈現(xiàn)出在距離地鐵線路越近的測(cè)點(diǎn)處所測(cè)得的振動(dòng)加速度級(jí)與噪聲聲壓級(jí)越大的規(guī)律。

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