地铁列车引起的建筑室内二次辐射噪声分布及预测方法研究

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随着地铁在各大城市不断涌现,地铁运行过程中引起的建筑结构振动和建筑室内二次辐射噪声问题也逐渐凸显。众多学者为了探索结构振动和二次辐射噪声的关系,对结构振动和二次辐射噪声进行了大量的研究。本文在数值模拟的基础上,结合现场实测数据,探究不同影响因素对建筑结构振动和二次辐射噪声关系的影响,旨在提出一种基于地板振动速度级的二次辐射噪声声压级快速预测方法。本文通过建立隧道-土体-建筑物三维有限元模型和边界元模型,考虑房间所处楼层、开窗面积占比、地板面积、地板长宽比、层高和室内混响等因素对建筑物内地板中心振动响应与地板中心上方相距1.2 m位置处声压响应关系的影响,给出了基于室内地板振动速度级的二次辐射噪声声压级的预测方法以及室内二次辐射噪声分布规律。最终通过实测数据对预测方法进行了评价。本文的主要研究内容和结论如下:(1)通过ANSYS有限元模型和Virtual lab边界元模型联合仿真,获得了不同工况下建筑室内在列车运行作用下的振动速度级和声压级,并分析了各个因素对二者关系的影响。总体来说,列车运行引起的建筑室内地板振动和声压具有正相关的关系。列车运行速度会对室内振动和二次辐射噪声的量值产生显著影响,但对速度级和声压级二者之间的差值关系影响有限。除此之外,房间所处楼层、开窗面积占比、地板面积、地板长宽比、层高和室内混响等因素也对室内振动和二次辐射噪声有显著影响,但在低频段内,各影响因素对速度级和声压级的差值关系几乎没有影响。(2)通过分析不同因素对建筑结构速度级和声压级差值关系的影响规律,给出了基于速度级来预测声压级的方法。并利用实测数据对预测方法进行了校核验证。提出的二次辐射噪声预测方法在40~100 Hz频段内具有较高的准确性,在40Hz以下和100 Hz以上频段预测值稍偏小。(3)利用Virtual lab建立的声学边界元数值模型,对比分析了有窗和无窗房间内二次辐射噪声声压级的分布规律。根据分析结果对规范中有关测点选取的规定进行了讨论。当房间无窗时,声压级在室内的分布呈现出距离边墙越近,声压级越大的趋势。当房间一面有窗时,窗附近的声压级明显小于室内其他区域的声压级。有窗工况室内声压级明显小于无窗工况室内声压级。(4)对法源寺谭嗣同故居进行了的现场振动和二次辐射噪声测试。实测数据表明,各测点的1/3倍频程速度级随着频率的增加先增大后减小,在63 Hz处出现峰值。不同房间的1/3倍频程速度级峰值与房间至振源水平距离具有显著的关系,距离越小,峰值越大,且峰值频率随着至振源水平距离的增加而逐渐向低频移动。二次辐射噪声声压级的1/3倍频程曲线也表现出和速度级相似的规律。室内二次辐射噪声声压级的分布和数值模拟结果相似。窗和边墙对其周边大约1 m范围的二次辐射噪声分布有明显影响,当测点至窗和边墙的距离大于1 m时其影响迅速减小。
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