多孔隙降噪路面

多孔隙降噪路面目录•第一节.公路噪音的分类•第二节.降噪的措施•第三节.多孔隙降噪路面的降噪机理•第四节.降噪的影响因素•第五节.多孔隙降噪路面存在的问题•第六节.后续待解决的问题第一节公路噪音的分类•噪声按声源分为三类：•1.汽车动力系统噪音；•2.轮胎/路面相互作用噪音；•3.汽车扰动其周围空气流动噪音；••随着汽车工程的发展，以发动机为主的汽车动力系统产生的噪音已经得到了极大的控制，而汽车扰动其周围空气流动的噪音也与汽车的外形、行驶速度及周围的环境状况有关，故在道路工程研究中，降低轮胎/路面之间的相互作用产生的噪音的研究以显得尤为重要。相关研究表明：当汽车车速高于60KM/h时，轮胎/路面噪声则占据主导地位，并且随着汽车工业的发展，这一分界速度在逐步下降。一.轮胎/路面噪声的产生机理•1.轮胎振动•（1）切向力+摩擦粘滞力外胎滑移+变形轮胎表面振动噪声•（2）路表粗糙性+轮胎凹凸不平轮胎振动噪声•2.空气泵吸效应•胎纹受压气体释放胎纹舒展空气吸入周期往复形成疏密波向外辐射噪声•3.轮胎花纹撞击噪声•当轮胎在路面上滚动时，轮胎的花纹接地时，轮胎花纹块连续打击地面撞击噪声。•4.空气扰动噪声•5.滑—粘现象•6.粘—弹（粘附）现象等二.轮胎路面噪声的增强机理•（1）喇叭效应•外胎振动产生的声波在号筒状半封闭空间中多次反射并向外辐射。如下图：•（2）腔体共振现象•接触区内，轮调花纹间的沟槽与路面形成管道腔体，腔体的共振会产生选择性放大作用。第二节道路降噪的措施•1.低噪声路面•2.高架桥底吸声•3.声屏障•4.绿化•5.建筑隔声第三节多孔隙降噪路面的降噪机理•一.多孔隙降噪路面的空隙结构第三节多孔隙降噪路面的降噪机理•二.多孔隙降噪路面的降噪分析1.从能量角度高速气流穿过空隙摩擦热能（粘滞性/热传导效应）压缩气流动能空气绝热压缩透过材料毛细孔并在孔末端释放做功2.从声学角度入射声波到达路面反射、透射二次反射在受声点发生干涉强度降低发生干涉的原因：多孔隙（/有效空隙）改变了路面结构的声阻抗，使反射声波产生较大的相位差。第三节多孔隙降噪路面的降噪机理•多孔降噪路面与传统路面的吸声对比示意图第三节多孔隙降噪路面的降噪机理•三.常用的多孔隙降噪路面•1.OGFC：大空隙开级配排水式沥青磨耗层（OpenGradedFrictionCourse）是指用大空隙的沥青混合料铺筑、能迅速从其内部排走路表雨水、具有抗滑、抗车辙及降噪的路面。设计空隙率大于18%，适用于多雨地区修筑沥青路面的表层或磨耗层。第三节多孔隙降噪路面的降噪机理•2.SDQP:骨架密实型低噪音沥青路面（SkeletonDenseQuietPavement）•在集料级配上吸纳了SMA混合料配比组成特色，保持了良好的表面特性。同时通过在集料中加入一定剂量的高弹型橡胶颗粒，增加路面的弹性和阻尼性能，从而达到降低轮胎/路面泵吸噪声和减小轮胎振动噪声的双重效果。第三节多孔隙降噪路面的降噪机理•3.透水性沥青路面包括以下结构层：多空隙沥青混合料上面层、密级配沥青混凝土中面层、密级配沥青混凝土下面层、沥青碎石或水泥稳定碎石基层、级配碎石或水泥稳定碎石底基层。•实例：•（1）4cm高黏度降噪透水沥青+乳化沥青隔水层（上面层）+5cmAC-16型中粒式沥青混凝土+乳化沥青土工格栅（中面层）+5cmAC-30II型粗粒式沥青混凝土+乳化沥青透层（下面层）+35cm水泥稳定碎石基层。•（2）4cm排水降噪沥青、乳化沥青粘层（隔水层）、中面层6cm改性AC—20、下面层8cmAC—25。第四节降噪的影响因素•道路噪声的影响因素主要有：第四节降噪的影响因素•一.轮胎及轮胎花纹对噪声的影响•（1）轮胎振动与轮胎的刚度和阻尼有关，刚度增大，阻尼减小，轮胎的振动及噪声增大；•措施：采用高阻尼橡胶材料。•（2）花纹的沟槽（深度、数目、方向）：横向沟槽及花纹的沟角对轮胎噪声影响较大；•措施：减小沟槽深度、宽度、角度，采用斜向、不同节距的花纹。第四节降噪的影响因素•二.路面参数对噪声的影响第四节降噪的影响因素•微观构造：取决于路面集料表面的小尺度纹理，对抗滑有重要作用，最佳的峰值高度理论上为0．01一0．1mm。•宏观构造：表征路面集料颗粒之间的空隙，主要影响路面高速行车时的抗滑能力，对排水有重要作用。第四节降噪的影响因素•大构造：是由于路面磨耗和疲劳产生的一些病害，如龟裂、碎块、拥包、推挤等现象，它们对行车的舒适性和噪声产生不利的影响，是人们不需要的表面特征。•不平整度：路面的不平整度越高，行驶车辆的振动会加剧并导致车辆行驶的噪声增加。•空隙率：路表空隙率的大小以及空隙是否连通将直接影响到泵吸效应的过程。当空隙率较大时，压缩气体不会被挤压而能够迅速扩散，另外，能量在此情况下有利于转换，因而能够降低路面噪音。•材料厚度：随着试件厚度的增加，吸声系数提高，并且吸声特性曲线向低频方向移动。但厚度有限制（比流阻）。•研究表明：针对沥青路面降噪性能，路面厚度宜选用4cm，峰值吸声系数及1000Hz以下频率的吸声效率均较大。第四节降噪的影响因素•集料粒径：具有相同连通空隙率的同种类型的沥青混合料，粒径小的吸声系数均值和峰值均大于粒径大的沥青混合料。第四节降噪的影响因素•三.其他影响因素•行驶速度：轮胎与道路的噪音随行驶速度的增加而增加，通常轮胎与道路的噪音度与速度的对数成正比。•环境温度：路面轮胎所发出的噪音随着室外温度的增加而降低，当外界温度升高时，轮胎的结构材料软化，进而减少了轮胎/路面的噪音。第四节降噪的影响因素•四.多孔隙路面的吸声性能实验及振动性能实验•1.路面吸声性能实验•路面试件的吸声系数表征了路面材料的吸声性能，试件的垂直入射吸声系数用驻波管法测量。第四节降噪的影响因素•2.振动性能实验：取试件的面积均为300*300mm，厚度为50mm，试件平整放置在水泥地面上，轮胎气压为250KPa。实验时将加速传感器固定在轮胎轮毂表面，外胎面和轮胎侧壁部位，用于记录轮毂的垂直振动、轮胎表面径向振动和轮胎表面侧向振动信号。实验时，先将实验轮胎离开路面试件3cm，然后使其自由垂直下落，通过固定在轮胎各测点的加速度传感器拾取其振动衰减过程的加速度信号。第五节多孔隙降噪路面存在的问题•1.早期松散•松散的主要原因被认为是沥青膜厚度不足，结合料的过度老化和冻融状态下沥青-集料粘附性的丧失。•措施：采用改性沥青或高粘沥青；外加纤维；增加沥青膜厚度；准确控制结合料和集料的加热温度。•2.空隙的堵塞•多孔隙降噪路面的优良路用性能主要来自于其较大的空隙率。随着交通和自然环境的作用，其空隙率会逐年下降，或者空隙被堵塞。•措施：采用高压水进行冲洗。第五节多孔隙降噪路面存在的问题•3.强度较低•大的空隙率造成集料与集料之间的接触面积减少，势必引起材料强度的降低。•措施：路面结构设计时，通常不考虑该层材料对结构强度的贡献。•4.较短的寿命•大空隙率使得结合料和空气、阳光的接触面积增加，因而，结合料老化速度快，耐久性相对较低，寿命较短。•措施：采用改性沥青；掺入一定量的纤维以提高沥青用量，增大集料表面裹覆的沥青膜厚度。第五节多孔隙降噪路面存在的问题•5.与下卧层的分离•多孔隙沥青混合料通常铺筑在路面的表面，其下部的结构仍然采用各国常用的材料。施工周期拖得过长以及粘层油用量不足，均会造成透水性沥青混合料表面层与下卧层的分离。•措施：根据下卧层的表面纹理确定足够的防水粘层油用量；增加必要的附属设计以加快排出路面中的水分；还可以合理安排施工进度。•6.不能用于交叉路口等特殊路段•交叉路口等转向交通对路面材料产生了较大的水平力以及扭力，•7.抗剪切问题•这种高空隙率结构的抗剪切性能差，重载车辆急转弯或急刹车容易将路面搓起，所以在使用过程中应限制重载车辆通行。第六节待解决的问题•1.多孔隙降噪路面沥青混合料的级配设计•2.多孔隙降噪路面沥青混合料的最佳油石比