碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置降噪性能研究

熊 亮, 謝玉萌, 桂永全

(1.安徽皖通高速公路股份有限公司,安徽 合肥 230088;2.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥 230088;3.安徽蒙達(dá)交通科技有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

隨著高速公路的不斷增長(zhǎng),橋梁的總量和里程不斷擴(kuò)大,人們對(duì)行車安全性、舒適度的要求越來越高。橋梁伸縮裝置作為橋梁的重要構(gòu)件,對(duì)橋梁安全運(yùn)行有著重要作用。[1]

目前,高速公路常用的橋梁伸縮裝置主要有模數(shù)式、梳齒板式和異型鋼單縫式。[2]這些類型的伸縮縫裝置皆由鋼結(jié)構(gòu)組成,其與橋梁混凝土在結(jié)構(gòu)上為剛性連接,在行車荷載作用下易出現(xiàn)晃動(dòng),噪聲較大。市場(chǎng)上應(yīng)用的降噪伸縮裝置有的是在伸縮裝置表面設(shè)置降噪板,有的是在伸縮裝置下方設(shè)置隔聲裝置等措施,以達(dá)到降低沖擊噪聲的目的。

本文研發(fā)的伸縮裝置是采用高分子碳聚復(fù)合材料為表層,降低了伸縮裝置表面剛度,減少了沖擊振動(dòng),從而可降低行車噪聲。

1 碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置采用高分子碳聚復(fù)合材料制作,通過高分子碳聚復(fù)合材料自身的彈性變形,可以達(dá)到多向變位功能。該伸縮裝置由固定梳齒板、跨縫梳齒板、內(nèi)嵌鋼板、導(dǎo)水裝置、錨固螺栓等組成。

該伸縮裝置為復(fù)合結(jié)構(gòu),分為兩層,其中以高分子聚合物材料為表層,以鋼板為內(nèi)嵌層,總體由梳齒部位和跨縫部位組成,如圖1所示。

1—固定梳齒板;2—跨縫梳齒板;3—內(nèi)嵌鋼板;4—錨固螺栓;5—導(dǎo)水裝置;6—不銹鋼滑板;7—預(yù)埋鋼筋;8—梁體圖1 碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意圖

碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置,梳齒相鄰的垂直側(cè)面均設(shè)置可以榫卯連接結(jié)構(gòu),能有效解決伸縮裝置的梳齒無約束限位的問題。

2 碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置施工技術(shù)要求

伸縮裝置噪聲的一個(gè)主要來源是伸縮裝置本身與道路路面有高差,導(dǎo)致道路凹凸不平,車輛經(jīng)過伸縮裝置時(shí),會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng),從而產(chǎn)生較大的噪聲,因此提高伸縮裝置與路面的平整度顯得尤為重要。

本文基于碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置的性能特點(diǎn),提出以下施工技術(shù)要求:

(1) 碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置安裝時(shí),沿橋面橫坡方向,每米設(shè)置一個(gè)點(diǎn)測(cè)量水平標(biāo)高,并用水平尺或板尺定位,頂面標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。應(yīng)防止產(chǎn)生梳齒不平、扭曲及其他變形,嚴(yán)格控制由于伸縮方向的誤差及橫向伸縮等原因造成梳齒之間的間隙偏差。

(2) 槽口混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,表面應(yīng)平整,與路面銜接平順;混凝土表面不應(yīng)出現(xiàn)缺損、空鼓、孔洞等,否則應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。

(3) 施工完成后,伸縮裝置頂面與兩側(cè)路面保持平整。

3 碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置噪聲檢測(cè)方法

碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置采用高分子碳聚復(fù)合材料,為柔性材料,可降低伸縮裝置表面剛度,減少?zèng)_擊振動(dòng),起到降噪效果。該伸縮裝置已在我省多座高速橋梁上應(yīng)用。

公路交通噪聲影響因素較多,比如行車速度、車輛類型、車輛軸重等。由于測(cè)量?jī)x器設(shè)備、測(cè)量點(diǎn)位選擇、時(shí)間段選定、具體實(shí)測(cè)方法等均沒有相關(guān)規(guī)范進(jìn)行明確規(guī)定,因此本文通過調(diào)研,提出一套適用于公路橋梁伸縮裝置的噪聲性能試驗(yàn)方法,為伸縮裝置降噪研究提供一定的參考與借鑒。

3.1 試件

試件采用伸縮量型號(hào)相同,組裝完成后的碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置以及傳統(tǒng)模數(shù)式、梳齒板伸縮縫,在相同條件下進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)設(shè)備

3.2.1 測(cè)量?jī)x器

測(cè)量用聲級(jí)計(jì)或其他等效測(cè)量系統(tǒng)。

3.2.2 車輛設(shè)備

試驗(yàn)選擇整備質(zhì)量1 300～2 000 kg的包括駕駛員在內(nèi),座位數(shù)不超過9座的載客車輛,勻速通過傳統(tǒng)伸縮縫測(cè)點(diǎn)和碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置測(cè)點(diǎn)。

3.3 試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)選擇高速公路上傳統(tǒng)伸縮縫和碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置相鄰位置,要求兩個(gè)伸縮裝置之間距離在10～200 m。試驗(yàn)路面良好,不宜產(chǎn)生過大的輪胎噪聲。

3.4 試驗(yàn)條件

在無大雨、無雷電且風(fēng)速不超過5 m/s,環(huán)境噪聲不高于60 dB(A),單個(gè)車輛通過且無突發(fā)噪聲干擾的平坦路面上進(jìn)行試驗(yàn)。

3.5 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法如下:

(1) 噪聲值測(cè)點(diǎn)設(shè)置于路面1.2 m高度處(可采用支架固定),距行駛中心線外3 m;碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置噪聲值測(cè)點(diǎn)與傳統(tǒng)伸縮裝置噪聲值測(cè)點(diǎn)保證10～200 m距離。

(2) 選取9座以下載客車輛,勻速依次通過傳統(tǒng)伸縮縫和碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置測(cè)點(diǎn),分別測(cè)量車輛通過傳統(tǒng)伸縮縫和碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置的最大噪聲級(jí)。測(cè)量時(shí)長(zhǎng)為10 s,取最大值為最大噪聲級(jí)。

(3) 同一測(cè)點(diǎn)至少采集3組測(cè)量數(shù)據(jù),取各次測(cè)量最大噪聲級(jí)的算術(shù)平均值為該測(cè)點(diǎn)的最終結(jié)果。不滿足試驗(yàn)場(chǎng)地和條件的測(cè)量數(shù)據(jù)為無效數(shù)據(jù)。

3.6 試驗(yàn)結(jié)果形式

測(cè)量結(jié)束后,分別記錄每個(gè)有效測(cè)量的最大噪聲級(jí),計(jì)算各次測(cè)量最大噪聲級(jí)的算術(shù)平均值,并根據(jù)下列公式計(jì)算新型伸縮裝置的減噪水平LD值。計(jì)算公式為:

LD=LC-LX

式中:LC為測(cè)試車輛通過傳統(tǒng)伸縮縫的最大噪聲級(jí)LAmax的算術(shù)平均值,dB(A);LX為測(cè)試車輛通過碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置最大噪聲級(jí)LAmax的算術(shù)平均值,dB(A)。

4 碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置實(shí)橋噪聲檢測(cè)

為研究碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置降噪性能,本文依托安裝完成后的碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置和其他伸縮裝置進(jìn)行了噪聲檢測(cè)對(duì)比,選取了安慶長(zhǎng)江公路大橋引橋、懷洪新河大橋、渦河大橋、馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋引橋、合淮阜大橋5座橋梁。這5座橋梁由于原伸縮裝置產(chǎn)生了損壞,更換為碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置,將碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置和同一路段的其他伸縮裝置進(jìn)行噪聲檢測(cè)對(duì)比。

檢測(cè)車輛選取小型車輛,平均車速在100 km/h。噪聲檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 伸縮縫裝置噪聲對(duì)比表

從表1數(shù)據(jù)可以看出,碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置噪聲低于同型號(hào)的模數(shù)式伸縮裝置,由于環(huán)境噪聲較高,因此檢測(cè)出來的降噪水平并不明顯,為3.1～4.8 dB。

馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋引橋由于靠近居民區(qū)域,原模數(shù)式伸縮裝置噪聲較大,附近居民生活經(jīng)常受到影響,更換為碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置后,雖然檢測(cè)出橋上噪聲水平僅降低4.8 dB,但在居民區(qū)感受到的環(huán)境噪聲下降在16 dB以上。因此碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置具有一定的降噪水平,可以有效緩解公路橋梁和城市高架道路的噪聲問題,減少沿線居民投訴,對(duì)公路橋梁建設(shè)及促進(jìn)城市環(huán)保改善具有重要積極意義,從而產(chǎn)生了較好的社會(huì)效益。

5 結(jié) 論

(1) 本文研發(fā)了一種伸縮裝置,以高分子碳聚復(fù)合材料為表層,降低了伸縮裝置表面剛度,減少了沖擊振動(dòng),從而降低行車噪聲。分析了該伸縮裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置施工技術(shù)要求。

(2) 創(chuàng)新性地提出一套適用于公路橋梁伸縮裝置的噪聲性能試驗(yàn)方法,可為伸縮裝置降噪研究提供一定的參考。

(3) 依托實(shí)際工程對(duì)碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置和其他伸縮裝置進(jìn)行噪聲檢測(cè)對(duì)比。結(jié)果表明碳聚復(fù)合材料梳齒伸縮裝置噪聲低于同型號(hào)的模數(shù)式伸縮裝置,具有一定的降噪水平,既可改善道路周邊居民的生活環(huán)境,又能使車輛行駛平穩(wěn)舒適,應(yīng)用前景廣闊。

(4) 現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)伸縮裝置產(chǎn)生的噪聲沒有明確的規(guī)定,相關(guān)的檢測(cè)方法對(duì)于降到多少分貝才可稱為降噪裝置也無相關(guān)規(guī)定。因此,廣大技術(shù)人員需要通過實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn),同時(shí)加強(qiáng)降噪理論研究,采用新技術(shù)、新材料改進(jìn)和完善現(xiàn)有伸縮裝置結(jié)構(gòu)性能、降噪性能,并加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù),提高伸縮裝置耐久性,為推動(dòng)我國(guó)橋梁伸縮裝置新發(fā)展貢獻(xiàn)智慧和力量。