城市道路低噪声沥青路面结构研究

摘要

城市道路交通噪声已经成为环境噪声污染的一个主要来源，对交通噪声的控制问题已越来越引起人们的重视，修筑低噪声路面是降低城市道路交通噪声（车外）的根本途径之一。本文在对低噪声沥青路面结构降噪机理分析的基础上，提出了双层式多空隙沥青路面结构；采用ABAQUS有限元软件，分析了多空隙沥青路面、小粒径沥青路面和橡胶沥青路面的降噪效果，提出了合适的路面结构参数；通过室内外使用性能和噪声测试，验证了低噪声路面噪声分析的合理性和实际降噪效果。本论文的研究，有望缓解日益严峻的城市交通噪声水平，还城市道路沿线居民一个相对安静的生活环境。
　　 首先，本文分析了轮胎/路面噪声的产生机理；针对常见的纵向轮胎和横向轮胎，分析了不同车速下的轮胎/路面噪声水平；从声学模型角度分析了三种低噪声路面（多空隙沥青路面、小粒径沥青路面和橡胶沥青路面）的降噪机理；结合已有路面使用状况，提出了一种新型的城市道路低噪声路面结构——双层式多空隙沥青路面结构。
　　 其次，结合空气介质和吸声结构的声-固耦合模型，采用ABAQUS有限元软件，对多空隙沥青路面的吸声性能进行了数值仿真模拟，分析了不同路面结构参数（空隙率、吸声层厚度、构造深度和孔结构等）水平下轮胎/路面噪声的分布规律，据此提出了适宜的路面结构参数；分析了不同材料参数（弹性模量、材料阻抗和空气流阻等）和环境因素（速度等）对路面噪声的影响规律；并通过正交数值模拟，确定了路面噪声的主要影响因素。
　　 分析结果表明，虽然本文提出的双层式多空隙沥青路面结构的降噪效果略低于单层式多空隙沥青路面的降噪效果（略低ldB），但由于其具有较好的耐久性，是一种很有发展前景的低噪声路面结构。
　　 再次，分析了其它两种低噪声路面——小粒径沥青路面和橡胶沥青路面的降噪效果。对于小粒径沥青路面，主要分析了集料粒径的变化对路面噪声的影响；对于橡胶沥青路面，主要分析了路面阻尼系数对路面噪声的影响。
　　 最后，进行了多空隙沥青混合料、小粒径沥青混合料和橡胶沥青多空隙混合料的基本路用性能试验（高温性能、低温性能和水稳定性能等）；在此基础上，采用B&K驻波管进行了多空隙沥青混合料（单层式和双层式）、小粒径沥青混合料和橡胶沥青多空隙沥青混合料试件的吸声系数测试；并进行了上述沥青路面的噪声测试和验证。
　　 室内吸声系数测试结果和沥青路面现场噪声测试结果表明，本文采用ABAQUS有限元软件来进行轮胎/路面噪声合理可行，分析的结论可信。
　　 本文的研究成果，对于城市道路低噪声沥青路面结构和材料的设计、实施具有重要的借鉴作用。