声屏障高度对高铁(客运专线)降噪效果的影响

费广海,吴小萍,3*,廖晨彦(1.中南大学土木工程学院,湖南 长沙 10075；2.重载铁路工程结构教育部重点实验室,湖南 长沙 1000；3.伦敦大学学院交通研究中心,伦敦 WC1E 6BT；.中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东 广州 510230)

声屏障高度对高铁(客运专线)降噪效果的影响

费广海1,2,吴小萍1,2,3*,廖晨彦4(1.中南大学土木工程学院,湖南 长沙 410075；2.重载铁路工程结构教育部重点实验室,湖南 长沙 410004；3.伦敦大学学院交通研究中心,伦敦 WC1E 6BT；4.中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广东 广州 510230)

为探究声屏障高度对高速铁路降噪效果的影响,建立了高速铁路声屏障降噪模型.以武广客运专线某试验段为模型参照对象,采用有限元软件ANSYS和声学软件SYSNOISE,对不同条件下不同高度的直立型声屏障的降噪效果进行了仿真模拟.结果表明:列车的运行速度越大,声屏障的降噪作用越不明显;在同一运行工况下,桥梁区段声屏障的降噪效果不如路基区段声屏障.通过MATLAB数值拟合,发现各观测点的声衰减值是与声屏障高度有关的对数函数;随着声屏障高度的增加,声屏障的插入损失不是成线性比例的增加,插入损失函数的增长速率越来越小.在同时考虑降噪需要和声屏障成本的情况下,高速铁路路基区段声屏障的合适高度为3.45～3.95m;桥梁区段声屏障的合适高度在3.15m以上,在高速运行工况下,桥梁区段声屏障的高度还需增加.

高速铁路；降噪；声屏障高度；仿真分析

高速铁路给人们出行带来便捷的同时也影响着人们的生活环境,因此对高速铁路减振降噪措施的研究也越来越受到重视[1-3].作为一种有效且经济的降噪措施,声屏障在铁路降噪研究领域中得到广泛的认可和应用[4-5].高速铁路噪声参数与普通铁路有较大差异[6-9],采用普通铁路噪声模型分析高铁降噪效果显然不能适应工程要求.因此采用准确的分析模型研究高速铁路声屏障的降噪效果至关重要.

Ishizuka等[10]调查了不同高度的声屏障对入射声波的衰减作用,Baulac等[11]运用遗传算法对声屏障的高度和形式进行优化,周信等[4,12]分析了声屏障插入损失的影响因素,上述研究均表明:随着声屏障高度增加,其插入损失逐渐增大.但声屏障高度与噪声衰减之间有怎样的函数关系,此类研究并不多见.另外,声屏障高度也不能无限制的增加,在考虑降噪的同时,还需考虑声屏障结构的稳定性和声屏障的成本[13],选择合适高度的声屏障有重要工程意义.

基于上述原因,本文在考虑多种声源的耦合作用下[6,8],采用合适的分析模型对声屏障的降噪效果进行研究.结合有限元软件 ANSYS及声学分析软件SYSNOISE[14],运用数值仿真的方法全面地对不同路段、不同工况下不同高度的直立型声屏障进行数值模拟与分析,并得出噪声衰减值与声屏障高度之间的函数关系.根据仿真结果并结合工程需求为声屏障合适的设计高度提出建议,以期对高速铁路降噪、沿线环境改善及高速铁路可持续发展有指导意义.

1　高速铁路的噪声源参数

高速列车噪声源的关键参数包含声源分布、频谱特性及声暴露级等.

1.1噪声源的组成与分布[6,8]

路基区段的噪声源由轮轨噪声、集电系统噪声和空气动力噪声组成.相对于路基区段,桥梁区段的噪声源由前述 3种噪声加上高架结构噪声组成.其中,轮轨噪声源分布于轨面以上 0.5～1m的轮轨附近;空气动力噪声源分布于轨面以上1～4m的车体中部;集电系统噪声源分布于轨面以上 4～4.5m的弓网位置;高架结构噪声源位于桥梁中线下方距离桥梁底板0.3m处.

1.2噪声源频谱特性

相关研究表明[4,9],当列车以300～380km/h运行时,轮轨噪声峰值频率集中在630～1250, 2000～ 3150Hz,设置线声源模拟轮轨噪声;气动噪声峰值频率集中在 800～1000, 2500～3150Hz,也将其简化为一线声源;弓网噪声峰值频率主要集中在2000～3150Hz,其次为600～1000Hz,设置点声源对其进行模拟;高架结构噪声峰值频率集中在低频段(63～125Hz),将其简化为一线声源.当列车行驶速度在200～250km/h(300km/h以下)时,各噪声源的峰值频率集中在800～1000Hz.

1.3高速列车的声暴露级

运用SYSNOISE计算声场分布及声屏障插入损失时,需将声源的声功率级作为输入参数,而声功率级一般依据下式由声暴露级转换而来.

式中:SEL为声暴露级;wL为声功率级;tI为瞬态声强;0I为参考声强(取为 1pW/m2);0w为参考声功率(取为 10-12w);v为行车速度;0T为参考时间(取为1s);T为列车通过时间.

路基(桥梁)区段不同噪声源在不同行车速度下的声暴露级取值如下表1所示.

表1　高速列车声暴露级(dBA)Table 1　The SEL of high-speed railway(dBA)

目前国内通用声屏障一般只对下部轮轨噪声和中部气动噪声有阻隔作用,4～4.5m高的集电噪声直接越过声屏障到达受声点,高架结构噪声的辐射也不受声屏障的影响.

2　高速铁路声屏障插入损失的计算原理

声屏障规范[17]规定的插入损失计算方法:

式中:ΔL绕为绕射声衰减;ΔL透为透射声修正量;ΔL反为反射声修正量;ΔLG为地面吸收声衰减;ΔLS为障碍物声衰减.

上述声屏障的插入损失计算方法与声环境影响评价技术导则[18]及李楠等[19]的结果确定的声传播衰减计算原理是一致的.实际建造声屏障时,ΔL透、ΔL反、ΔLG、ΔLS都可省去,插入损失主要取决于绕射衰减.

目前国内的高速铁路声屏障只对轮轨噪声、气动噪声产生作用,而这两种噪声都可简化为线声源,故其绕射声衰减为:

式中:f为声波的频率,Hz;c为声速,m/s; δ=(A+B-d)为声程差,m;d为声源和受声点间的直线距离,m;A为声源至声屏障顶端的距离,m;B为受声点至声屏障顶端的距离,m.

3　ANSYS和SYSNOISE结合的仿真分析方法

由上述声屏障插入损失的理论计算方法,声屏障的插入损失只与绕射衰减有关.但衰减公式不适合手工解答,因此有必要借助声学软件来模拟噪声的辐射和衰减作用.考虑到研究类型为结构—流体耦合模型,选择ANSYS有限元软件建立相关实体模型,然后运用SYSNOISE自动将有限元模型转换为边界元模型并进行声学模拟[14].

3.1ANSYS实体模型参数设定及模型建立

以武广客运专线的相关实验段为模型参照对象,采用直立型铝合金复合单元板声屏障,该类型声屏障主要由钢结构立柱和隔声屏板两部分组成,声屏障敷设位置距路基线路中心线4.175m,距离桥梁线路中心线3.4m.

(1)声屏障参数

声屏障立柱材料为 H型钢,其参数设定为:弹性模量 EX=2.06×105MPa;泊松比 PRXY=0.3;密度DENS=7.85×103kg/m3;阻尼0.002;单元类型取solid45;

隔声屏板材料取铝合金复合单元板,其参数设定为:弹性模量 EX=7.2×104MPa;泊松比PRXY=0.33;密度DENS=2.8×103kg/m3;阻尼10-5;单元类型取shell63;

依据《铁路工程建设通用参考图—时速350km客运专线铁路路基插板式金属声屏障》[20]和《铁路工程建设通用参考图—时速350km客运专线铁路桥梁插板式金属声屏障》[21],选取2.95,3.45,3.95m 3种路基通用声屏障和 2.15, 2.65,3.15m 3种桥梁通用声屏障进行研究.

(2)车体几何尺寸

车体结构的几何尺寸参照长客厂的CRH380A车型绘制,编组长度203000mm;头车长26500mm,中间车辆长25000mm;车辆宽度3380mm;车辆高度3700mm;运营最高速度350km/h.

(3)ANSYS实体模型建立

为简化计算,假设空气为理想气体,气象条件符合相关测量标准;假设路基(桥梁)、车体为刚体,只考虑其对声波的反射;假设背景噪声较低,模拟计算时忽略其影响.

根据以上假设对模型简化后,综合考虑计算时长和精度,在ANSYS中建立25m长的高速铁路声屏障模型,其中路基(桥梁)和车体按 solid45单元划分网格,声屏障按照shell63单元划分网格,网格精度要求为最小计算波长的 1/6,将模型文件保存为.cdb类型文件.

3.2SYSNOISE与ANSYS的结合

首先将路基(桥梁)、车体网格模型导入SYSNOISE中,定义分析类型为有限元结构,设定材料属性和边界条件,并计算耦合模态;再将声屏障网格模型导入SYSNOISE中,定义分析类型为边界元流体,检查模型网格,设定边界条件、流体材料属性以及声源位置和大小,计算模态并与路基(桥梁)、车体模型耦合;然后设定分析频率范围(200～5000Hz)和步长,进行模型计算,得到模型结果;最后建立噪声分析网格并计算各场点声学响应,进行结果处理并导出.

3.3噪声测点设置

根据GB 12525—1990《铁路边界噪声限值及其测量方法》[22]和 ISO 3095《Acoustics—Railway applications—Measurement of noise emitted by railbound vehicles》[23]等标准的测试方法和测点布置,选取具体测点位置如图1所示.M1和M2距离轨面1.5m高,分别距轨道中心线7.5m 和25m;M3和M4距离轨面3.5m高,分别距轨道中心线 7.5m和 25m;M5和 M6距轨道中心线30m,M5距离地面1.2m高,M6距离轨面1.5m高.

图1　噪声测点分布(m)Fig.1　The noise observation point (m)

3.4噪声分析网格及其设置

噪声场点网格用于描述声场中某一位置与列车声源的相对关系,网格尺寸越小,由4个节点构成的矩形网格内部任意区域的声压值等声学参数越精细,由此绘制出的声压云图更平顺.为了全面分析高速铁路噪声在经过声屏障阻隔之后的三维空间声场分布,分别建立了与声屏障平行和垂直的两个场点网格.XY平面网格与声屏障垂直,距离轨面高1.5m(3.5m),主要用于分析XY平面内的噪声衰减规律以及声屏障降噪后的声压分布情况;XZ平面网格与声屏障平行,距离铁路线路中心 30m(铁路边界处),主要用于分析噪声在铁路边界处XZ平面内的衰减规律以及声屏障降噪后的声压分布情况.

4　声屏障噪声模型的仿真结果与实测数据的分析

分别建立无声屏障噪声模型、3种不同高度的桥梁声屏障降噪模型及 3种不同高度的路基声屏障降噪模型,将 ANSYS有限元模型导入SYSNOISE中转换成边界元模型后,在 200～ 5000Hz的频率范围内按1/3倍频程(相邻两频率比值约为1.26)进行模型计算.

4.1无声屏障时不同区段及工况下的噪声分析

对于同种线路区段(路基段或桥梁段),列车在 300～350km/h的运行工况下的噪声值比在200～250km/h工况下的大,六个不同测点的声压级整体呈现增大趋势.很明显,随着运行速度增大,各个噪声源的声暴露级(声源强度)都在增大,因此各测点接受到的声压级也呈增长趋势.

对于同一运行速度(200～250km/h或 300～ 350km/h),列车在路基区段的噪声值比在桥梁段的大.由于武广客运专线的实验段在桥梁区段设有 1m高的防撞墙和护栏,因此在无声屏障的情况下能对噪声的传播产生一定影响.

4.2列车通过桥梁、路基区段的辐射噪声

[24],得到武广专线上测点 M4(距线路 25m,轨面高 3.5m,以下简称辐射噪声测点)在无声屏障时的实测值.将实测值与 SYSNOISE的模拟值进行对比,结果见表2.

表2　高速列车辐射噪声(dBA)Table 2　The emitted noise of the train(dBA)

由表2可见,除了路基区段260,340km/h的模拟数据与实测值有些偏差外,其他模拟值基本与实测值吻合.路基区段 260,340km/h的模拟数据都比实测数据略小,但都在允许的偏差范围内,因此模型基本能对实际情况进行模拟.

同样,列车运行时辐射噪声测点处的噪声级也是随着运行速度的不断提高而逐渐增大;由于桥梁区段防撞设施的阻碍作用,桥梁区段的辐射噪声级比路基区段低2～4dBA.

4.3设置声屏障后铁路边界的降噪效果分析

参考文献[4,24],得到武广专线上测点M6(距线路30m,轨面高1.5m,以下简称声屏障降噪效果测点)在设置3m高声屏障后的实测值.将实测值与SYSNOISE的模拟值进行对比,结果见表3.

表3　铁路边界声屏障降噪效果(dBA)Table 3　The noise reduction on the boundary(dBA)

由上表可知,对于路基区段,实测值的插入损失在6.5～8.0dBA,模拟值也在5.9～8.7dBA之间;对于桥梁区段,实测值的插入损失在5.0～7.0dBA,而模拟值在 5.8～7.4dBA之间(300km/h)和 4.0～ 6.7dBA之间(340km/h);说明路基模型和桥梁模型基本能对真实情况进行模拟.

无论是实测结果还是模拟结果都显示桥梁区段声屏障的降噪效果不如路基区段声屏障.前文已述,目前国内的声屏障对高架结构噪声几乎没有阻挡作用.因此,认为桥梁区段的结构噪声源会对总噪声产生影响,加上结构噪声的耦合效益与叠加作用,桥梁声屏障的降噪效果不如路基声屏障.

4.4XY平面网格仿真结果分析

在 XY平面网格中,无声屏障时,声波在空气中发生几何衰减,由于波阵面扩大导致声场变弱.列车噪声的衰减规律为:某观测点声强与其离声源的距离有关,距离越大,声强越小.

敷设声屏障后,在同一观测点,声屏障越高,各噪声源发生绕射衰减的声程差越大,绕射衰减越明显;对于同一高度的声屏障,观测点越远,几何衰减越明显,观测点声强越小.仿真结果显示:随着声屏障高度的增加,各测点的声衰减值并不是呈线性比例的增长.

4.5XZ平面网格仿真结果分析

由于声波在空气中衰减,从列车传递到铁路边界 XZ平面的噪声声强比线路附近小得多,但边界处不同高度的声级有较大差异.无声屏障时,与声源大致在同一高度观测点接收到的声压级较大,由于噪声传递到边界处其他观测点比到达同一高度的观测点需更长距离,所以铁路边界处的噪声声压从下到上先增大后减小.

敷设声屏障后,原来与声源同一高度的观测点由于声屏障的阻挡作用成为声影区,噪声级较小,声屏障高度的变化对该区域的噪声影响较大,随着声屏障的增高,该区域噪声逐渐减弱;对于边界处其他区域的场点,声屏障高度变化对其噪声值影响不大.

5　声屏障的插入损失与其高度之间的关系

由于分析的对象包含不同线路区段、不同运行工况、不同噪声测点以及不同的声屏障高度,对所有情况下的各个测点进行分析不太现实.因此选择有代表性的测点M4,M5和M6,有代表性的运行工况260km/h和340km/h,国内通用的3种桥梁(路基)声屏障高度.在上述各声屏障降噪模型中计算出相应测点的噪声声级,进而得出不同高度声屏障在各测点的插入损失值.

前文已述,声屏障的插入损失取决于绕射衰减,主要与声程差成对数关系.而声屏障的不同高度主要影响声程差的大小,进而影响声衰减值.翟国庆等[25]在研究高架轨道交通声场分布时采用惠更斯—菲涅耳原理推导的计算公式也表明声屏障的插入损失是与其高度有关的对数函数,因此参照已有经验和公式采用对数函数形式对各测点的声衰减值进行数据拟合.下图2是不同条件组合下的声屏障插入损失与其高度间的函数拟合与数据分析.

图2显示测点M5的插入损失最大,这是由于测点M5(距线路30m,地面高1.2m,以下简称铁路边界噪声测点)的位置离各声源最远,通过声屏障作用后噪声到达该点的声程差最大,因此声屏障对该点的降噪作用最明显.

由于各测点在各种条件下的声屏障插入损失值都是与高度有关的对数函数:IL=algh+b,很明显随着声屏障高度的增加,声屏障的插入损失越大.但是也能发现函数增长的速率越来越小,即声屏障单位高度的增加换取的声衰减值越来越小.因此在兼顾降噪需求和声屏障成本的情况下,使铁路边界噪声值(M5测点值)刚好小于 70dBA的声屏障高度是合适的.

图2　声屏障的插入损失与其高度间的函数拟合Fig.2　Curve fitting between the insertion loss and the height of sound barrier

5.1340km/h运行工况下的路基区段

如图2(a)所示,在运行速度为340km/h的路基区段,各测点的声屏障插入损失约 6.0～ 10.5dBA左右,其中测点 M5的插入损失最大,最大值为 10.8dBA.无声屏障时测点 M4,M5和 M6的模拟声级分别为 89.3d,80.6d,88.5dBA,结合图2(a)可以看出对于铁路边界测点 M5,只有声屏障高度达到3.95m其噪声值才在70dBA的规范范围内,因此在340km/h的运行速度下高速铁路路基区段声屏障的合适高度为3.95m.

5.2340km/h运行工况下的桥梁区段

如图2(b)所示,在运行速度为340km/h的桥梁区段,各测点的声屏障插入损失约3.0～6.5dBA左右,桥梁区段声屏障的降噪效果不如路基区段声屏障.除了前文叙述的高架结构噪声对桥梁声屏障降噪的影响之外,桥梁声屏障的高度也是一个重要影响因素.目前国内通用的桥梁声屏障高度都较低,因此对噪声的阻挡作用也有限.对于铁路边界测点M5,无声屏障时模拟声级为79.7dBA,结合图2(b)发现在3.15m声屏障的降噪作用下,铁路边界噪声值仍不能满足70dBA的限值要求. 5.3260km/h速度下的路基区段和桥梁区段

由于260km/h的运行速度低于340km/h,因此各测点接受到的声压值都小于 340km/h运行工况,各测点的声屏障插入损失与340km/h工况下相比也有所提升,路基段在6.5～11.0dBA左右,桥梁段在3.5～7.0dBA左右.在260km/h运行速度下,桥梁区段3.15m声屏障插入损失为6.7dBA左右,M5无声屏障时模拟声级为 76.5dBA,但此时经过声屏障阻挡后的噪声值在规定的70dBA之内,因此认为260km/h的运行速度下桥梁声屏障的合适高度为 3.15m.同样,因为路基声屏障的降噪效果更好,在260km/h的运行速度下3.45m高的路基声屏障就能满足降噪和工程要求.

5.4340km/h速度下声屏障降噪模型验证

由4.3节知,测点M6在340km/h工况下3m高路基声屏障的插入损失为6.5～8.0dBA,桥梁区段为5.0～7.0dBA.由图2(a)和(b)知,340km/h工况下路基区段对应测点 M6的插入损失函数为:IL=24.47·lgh-4.68,桥梁区段为:IL=9.47· lgh+0.41,将 h=3代入两式,得插入损失为6.99dBA(路基)和 4.93dBA(桥梁).这一验证结果与 4.3节验证结果一致,说明路基声屏障模型和桥梁声屏障模型能对真实情况进行模拟.

6　结论

6.1基于仿真软件ANSYS和SYSNOISE,建立了高速铁路声屏障降噪分析模型,结果显示列车的运行速度越大,其产生的噪声越大,声屏障的降噪作用越不明显.

6.2无声屏障时,桥梁区段由于有防撞墙的阻挡作用,其噪声辐射作用小于路基区段;考虑声屏障后,由于桥梁区段的高架结构噪声效应,桥梁区段声屏障的降噪效果不如路基区段声屏障.

6.3XY平面内,随着声屏障高度的增加,声衰减值并不是呈线性比例的增长;XZ平面内与声源在同一高度的观测区域，声屏障高度的变化对其噪声级影响较大，随着声屏障的增高，该区域噪声逐渐减弱.

6.4各测点在各种条件下的声屏障插入损失值都是与高度有关的对数函数:IL=algh+b,因此声屏障的插入损失不是成比例的增加,声屏障单位高度的增加换取的声衰减值越来越小.

6.5340km/h工况下路基区段声屏障的合适高度为3.95m,而此工况下桥梁区段3.15m高的声屏障不能满足降噪需求;260km/h工况下路基区段声屏障的合适高度为 3.45m,此工况下桥梁区段声屏障的合适高度为3.15m.

参考文献：

[1] Kouroussis G, Pauwels N, Brux P, et al. A numerical analysis of the influence of tram characteristics and rail profile on railway traffic ground-borne noise and vibration in the Brussels Region [J]. Science of The Total Environment, 2014,483:452-460.

[2] Pultznerová A, Ižvolt L. Structural Modifications, Elements and Equipment for Railway Noise Reduction [J]. Procedia Engineering, 2014:274-279.

[3] 张彬,宋雷鸣,张新华.漏声对于高架结构声屏障降噪效果的影响 [J]. 中国环境科学, 2006,26(S1):15-18.

[4] 周信.高速铁路声屏障降噪效果预测及新型声屏障设计 [D].成都:西南交通大学, 2013.

[5] Coulier P, Hunt H E M. Experimental study of a stiff wave barrier in gelatin [J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2014,66:459-463.

[6] 苏卫青,潘晓岩,叶平.高速铁路声屏障声学计算模式研究 [J].中国铁道科学, 2013,34(1):126-130.

[7] Mellet C, Létourneaux F, Poisson F, et al. High speed train noise emission: Latest investigation of the aerodynamic/rolling noise contribution [J]. J. Sound and Vibration, 2006,293(3-5):535-546.

[8] 吴小萍,费广海,廖晨彦.双声源模式下高铁声屏障降噪效果仿真分析 [J]. 铁道工程学报, 2015(1):49-54.

[9] 伍向阳.京沪高速铁路声源识别技术研究 [D]. 北京:中国铁道科学研究院, 2011.

[10] Ishizuka T, Fujiwara K. Performance of noise barriers with various edge shapes and acoustical conditions [J]. Applied Acoustics, 2004,65(2):125-141.

[11] Baulac M, Defrance J, Jean P. Optimization of multiple edge barriers with genetic algorithms coupled with a Nelder-Mead local search [J]. J. Sound and Vibration, 2007,300(1/2):71-87.

[12] 周信,肖新标,何宾,等.高速铁路声屏障插入损失影响因素及规律 [J]. 西南交通大学学报, 2014,49(6):1024-1031.

[13] 龙丽平,赵丽滨,刘立东.列车致声屏障结构的空气脉动力研究[J]. 工程力学, 2010,27(3):246-250.

[14] 李增刚.SYSNOISE Rev 5.6详解 [M]. 北京:国防工业出版社, 2005.

[15] 焦大化.日本高速铁路噪声预测方法 [J]. 铁道劳动安全卫生与环保, 2007,34(1):35-38.

[16] 中国铁道科学研究院高速铁路系统试验国家工程实验室.武广客运专线联调联试及运行试验总报告 [R]. 北京:中国铁道科学研究院, 2009.

[17] HJ/T90-2004声屏障声学设计和测量规范 [S]. [18] HJ2.4-2009环境影响评价技术导则声环境 [S].

[19] 李楠,冯涛,李贤徽,等.交通噪声地图的声源反演及修正计算 [J]. 中国环境科学, 2013,33(6):1081-1090.

[20] 通环［2009］8325铁路工程建设通用参考图—时速 350km客运专线铁路路基插板式金属声屏障 [S].

[21] 通环［2009］8323A铁路工程建设通用参考图—时速350km客运专线铁路桥梁插板式金属声屏障 [S].

[22] GB12525-90铁路边界噪声限值及其测量方法修改方案 [S].

[23] ISO 3095-2005Railway applications-acoustics-measurement of noise emitted by railbound vehicles [S].

[24] 陈建国,夏禾,蔡超勋,等.高速列车引起的环境噪声及声屏障测试分析 [J]. 振动工程学报, 2011,24(3):229-234.

[25] 翟国庆,张邦俊,过春燕.城市高架轨道交通沿线声场分布计算模型 [J]. 中国环境科学, 2004,24(3):320-323.

The influence of sound barriers with different heights on the noise reduction effect of high-speed railway.

FEI Guang-hai1,2, WU Xiao-ping1,2,3*, LIAO Chen-yan4, (1.School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China；2.Key Laboratory of Engineering Structure of Heavy Railway, Ministry of Education, Changsha 410004, China；3.Centre for Transport Studies, University College London, London WC1E 6BT, UK；4.Fourth Harbor Engineering Investigation and Design Institute Corporation Limited, China Communications Construction Company, Guangzhou 510230, China).

China Environmental Science, 2015,35(8)：2539～2545

To study the influence of sound barriers with different heights on the noise reduction effect, a noise reduction model of sound barrier for high-speed railway was established. Based on a certain section of Wuhan-Guangzhou high-speed railway, the noise reduction effects of the vertical noise barriers with different heights and conditions were simulated and analysed by the software ANSYS and SYSNOISE. Results showed that, the working efficiency of the sound barrier decreased with the increase of the train speed. And under the same speed, the noise reduction effect of the ground noise barrier is more satisfactory than the bridge barrier. Data according to MATLAB numerical calculation showed that the insertion loss of each observation point is a logarithmic formula of the height. The relationship between noise attenuation and the height of barrier was not a linear one, the growth rate of the insertion loss was smaller as the height increased on the same scale. According to the need of noise reduction and the economics, the suitable height of the subgrade sound barrier is 3.45～3.95m. And when the train runs at a high speed above 350km/h, the suitable height of the bridge sound barrier should be more than 3.15m.

High-speed railway；noise attenuation；sound barrier height；simulation analysis

X593、U238

A

1000-6923(2015)08-2539-07

2014-10-21

国家自然科学基金资助项目(51078361);湖南省交通科技项目(200743)

* 责任作者, 教授, csurailwayfgh@163.com

费广海(1990-),男,湖南株洲人,中南大学博士研究生,主要从事道路与铁道工程、交通环境工程研究.发表论文6篇.