轨道交通桥梁结构噪声研究综述

针对运行列车引起的轨道交通桥梁结构噪声问题,总结了国内外轨道交通桥梁结构噪声的辐射特性、预测方法、产生机理、控制措施及工程应用等方面的研究成果,展望了未来的研究重点和发展方向。研究结果表明:轨道交通桥梁结构噪声主要集中于200 Hz以下的低频段,峰值一般出现在40~100 Hz;如何使用更先进的声源识别技术将桥梁结构噪声从综合噪声中分离出来,是准确分析桥梁结构噪声频谱特性和空间分布特性的关键;现有的桥梁结构噪声预测方法包括声学边界元法、统计能量分析等,声学边界元法的计算效率较低,统计能量分析主要用于钢桥噪声预测,发展大跨度混凝土桥梁结构噪声预测方法是当务之急;桥梁结构噪声峰值主要与桥梁结构的中高频局部振动特性和轮轨系统输入到桥梁结构的振动能量有关,桥梁的中高频局部振动特性对声辐射特性的影响机理尚未形成统一认识;目前常用的桥梁结构噪声控制措施有轨道减振措施和桥梁减振措施2类,桥梁减振措施对结构噪声的控制效果一般,轨道减振措施虽然能够有效降低桥梁结构噪声辐射,但同时可能引起轮轨噪声与道床二次结构噪声的增大,建议在保证经济性的条件下,综合运用各种控制措施,以取得最优的降噪效果。      

统计能量法预测铁路声屏障的降噪效果

用统计能量分析（简称SEA）来预测铁路声屏障的降噪效果,并针对某一有声屏障的铁路段进行了SEA模。模型包含列车车体与声屏障之间的声空间以及声屏障2个子结构。计算结果与常用的经验计算方法的预测结果相近。     

城市轨道交通列车车外噪声特性

基于统计能量分析(SEA)和半无限流体方法,建立6节编组的B型列车车外噪声预测仿真模型;通过试验提取车体SEA模型的振动激励和轮轨噪声激励,施加给车体并计算分析了车外噪声特性;以中国某城市轨道交通列车通过噪声试验对模型进行验证,并探讨了列车各板单元和轮轨噪声声源对车外场点声压的贡献量。研究结果表明:统计能量分析和半无限流体方法能够准确预测车外噪声,计算效率为常规方法的14.1倍;车速为60 km·h-1时,车外7.5和30.0 m处噪声显著频段为400~1 600 Hz,声压级随频率升高先增大后缓慢下降,其变化趋势和轮轨噪声变化趋势一致,最大幅值频率集中在800 Hz处,最大值分别为64.88、61.75 dB(A);车外噪声贡献量由大到小依次为轮轨噪声、车窗、侧墙、车门、底板、顶板、端墙;车体振动辐射噪声在低频段的贡献较大,在中心频率为20~100 Hz时,车外噪声主要来源为车窗、侧墙,其贡献率分别达到21.2%和19.2%;在中心频率为100~500 Hz时,车体各板及轮轨噪声贡献率差异较小;在中心频率为500~5 000 Hz时,车体各板块的贡献率呈缓慢下降趋势,轮轨噪声的贡献率随频率升高逐渐增加,在2 000~5 000 Hz的1/3倍频带内达到60%以上。      

某动车组车内噪声控制方案设计

在某高速列车噪声控制设计方案过程中,运用了统计能量分析法以及有限元与统计能量相结合的混合方法,分别对车内噪声的中高频段、低频段建立了SEA模型和混合模型,进行了噪声控制方案的对比分析研究．     

高速铁路桥梁全封闭声屏障结构噪声特性

开展了高速铁路桥梁和桥梁-全封闭声屏障典型结构断面的振动和噪声测试,建立了高速铁路桥梁-全封闭声屏障系统结构噪声的快速多极边界元法(FMBEM)数值预测模型,深入分析了板件的车致振动与结构噪声辐射的相关性和时频特性,并以此验证了FMBEM数值预测模型求解结构噪声的准确性;对比分析了有、无全封闭声屏障工况下32 m简支箱形梁桥结构噪声的空间和频域分布特性,并比较了FEBEM与边界元法(BEM)的计算效率。分析结果表明:桥梁-全封闭声屏障系统板件的振动与噪声的频谱分布规律基本一致;受全封闭声屏障隔声作用和梁体遮蔽作用的影响,距箱梁底板表面0.3 m处测得的噪声信号基本反映了底板的结构噪声特性,其余测点则不同程度地受到其他板件或轮轨系统辐射噪声的影响;计算与实测噪声的幅频特性吻合较好,峰值处计算误差在1.5 dB以内;全封闭声屏障的安装导致桥梁板件的振动和结构噪声均减小,也改变了桥梁周围的声场分布特性,桥梁板件表面场点的总声压级降低了0.8 dB,梁体下方地面场点总声压级增大了4.1~9.4 dB;梁体斜上方场点总声压级增大了9.6~18.1 dB,桥梁-全封闭声屏障结构顶部局部区域的结构噪声比无声屏障的桥梁大12.4 dB以上;FMBEM计算耗时为传统BEM的1/3,计算更为高效。      

统计能量法及其在提速客车噪声预测中的应用

为了预测提速客车内部噪声能量分布及噪声传递路径,用统计能量法对其进行了分析,讨论了统计能量法分析复杂振声系统的基本原理及稳态振声系统统计能量分析的基本方程.以唐山车辆厂提速客车为应用实例,获得了车内总的声功率在车底架、窗玻璃等主要传递路径上的能量分布,并给出了车窗双层玻璃不同厚度的高频响应以及车底架地板涂抹阻尼材料吸收低频声能的机理的治理措施.     

声学建模和阻尼损失系数对舱室噪声影响的研究

文章基于统计能量法(SEA)开展了声学覆盖层敷设位置对舱室噪声的影响研究,探讨了不同损耗因子对舱室噪声的影响,计算对比表明阻尼损失系数发生改变时,声学覆盖层的抑振降噪效果亦将发生改变。     

统计能量法及其在提速客车噪声预测中的应用

为了预测提速客车内部噪声能量分布及噪声传递路径，用统计能量法对其进行了分析，讨论了统计能量法分析复杂振声系统的基本原理及稳态振声系统统计能量分析的基本方程．以唐山车辆厂提速客车为应用实例，获得了车内总的声功率在车底架、窗玻璃等主要传递路径上的能量分布，并给出了车窗双层玻璃不同厚度的高频响应以及车底架地板涂抹阻尼材料吸收低频声能的机理的治理措施。     

高速铁路环境噪声评价标准及应用

实现运输高速化是我国铁路发展的重要战略目标.针对我国目前正积极修建客运专线,并正在为修建高速铁路进行前期预研,因此,开展我国高速铁路噪声影响评价方法的研究十分必需.本文为此作了以下几方面工作:基于环境保护和声学分析,对高速铁路噪声影响中人群反应、人群烦扰度与噪声级的相关关系、噪声影响评价量、评价标准详细内容及其应用分别进行了探讨,作为一个应用实例,对泰国苏瓦纳布米机场连接线噪声进行了评价.最后,提出了对我国高速铁路噪声影响评价标准的借鉴意义.     

基于CAA的高速动车组气动噪声仿真研究

随着列车运行速度的提高,气动噪声在总噪声中所占的比重越来越大,降低气动噪声已成为影响高速铁路可持续发展的关键问题。在理论研究基础上,采用了混合法来研究高速动车组受电弓周围的气动噪声特性。首先,对高速列车在RANS(雷诺平均模拟)方法计算下的统计结果进行分析,研究高速列车受电弓区域的流场特征。然后,应用非线性声学求解方法(NLAS)研究近场噪声,分析了不同部位对气动噪声的贡献。最后,采用FW-H声学比拟方法来分析远场气动噪声,通过不同测试点研究了远场噪声分布特性。     

高速铁路桥梁的低频噪声研究

根据结构的声辐射条件，导出具有耦合关系的有限元列式，然后分析计算了高速列车通过桥梁时各构件的振动响应，由此求得振动所诱发的低频噪声，进而示得声压随时间的变化规律以及声压频谱图，并分析产生噪声的主要原因，提出了预防与控制噪声的措施。     

四线高速铁路钢桁斜拉桥承载能力研究

四线高速铁路斜拉桥荷载重,行车稳定性和舒适性标准高,这对结构的承载能力提出更高的要求.文中介绍了斜拉桥承载能力的分析方法,以某四线铁路斜拉桥为工程背景,采用TDV-Rm-Bridge桥梁专业软件建立空间有限元模型,研究四线铁路斜拉桥的正常使用承载能力和极限承载能力.     

车桥耦合振动分析的数值方法

车桥耦合振动问题是铁路和公路桥梁中十分重要的研究课题， 而目前所采用的数值算法所需的时间比较长， 为了减少计算机时， 本文在对高速铁路曲线梁车 桥耦合振动研究中， 建立了一种基于激励非线性振动的数值计算方法， 并完成了计算程序 Ｂ Ｓ Ｎ Ｄ Ｓ 的编制， 取得了较好的计算结果． 并将其与其他模型进行比较， 在保证精度的前提下， 较大地节省了计算时间     

电弧喷涂锌复合涂层体系在钢结构桥梁防腐中的应用

随着交通事业的高速发展,公（铁）路上的大跨径桥梁迅速增加.这些桥梁大多为钢结构桥,能够有效地长期防腐至关重要.本文分析了常用防腐方法的不足,提出了电弧热喷涂锌复合涂层防护体系的应用工艺,为今后同类桥梁的长效防腐提供了参考.     

既有铁路高低墩桥梁运营性能研究

铁路承担着重要的运输任务,铁路桥梁是线路安全运营的重要一环,随着铁路"扩能提速"战略的推进,给桥墩带来了许多不利的影响,如横向振幅过大、冲击振动加剧等,严重影响了铁路桥梁的安全运营性能。以朔黄铁路清水河特大桥为研究对象,通过运营性能试验,研究高墩桥梁和低墩桥梁在不同荷载类型和不同行车速度作用下的安全运营性能,得出两种桥墩类型桥梁在荷载和车速变化时的动力响应变化趋势;通过对高墩桥梁和低墩桥梁在相同荷载和车速作用下的运营性能试验,对比分析两种桥墩类型桥梁在相同荷载和车速下的动力响应。相关结论可为铁路高低桥墩的维护管理提供科学依据。     

基于拟不可积哈密顿理论的桥梁动力可靠度计算

为提高铁路桥梁动力可靠度计算的效率,考虑结构非线性,基于振型空间,导出了铁路桥梁动能和势能的表达式,进而根据拟Hamilton系统理论确定铁路混凝土桥梁的广义动量、广义速度、Hamilton函数及拟Hamilton系统方程.只考虑横向位移和扭转位移,导出了铁路混凝土桥梁的拟不可积Hamilton系统方程,得到条件可靠度函数应满足的后向Kolmogorov方程及其定量边界、初值条件,并用中心差分法求解该方程.以实际铁路桥梁为算例,用上述方程求解其在列车荷载作用下的动力可靠度.研究结果表明:非线性桥梁结构的动力可靠度和概率密度峰值随桥梁初始能量增大而减小,随桥梁临界能量增大而增大;不同跨度桥梁的分析结果与实际情况相符,说明基于拟不可积Hamilton系统理论计算铁路桥梁的非线性动力可靠度是可行的.      

既有铁路钢桁梁桥动力特性及横向刚度加固研究

针对目前铁路列车提速时既有铁路钢桁梁桥中的某些桥梁出现横向刚度不足而导致横向振幅过大的问题，分析了半穿式和下承式钢桁梁桥的受力特点，研究加固该类桥梁横向刚度的最佳方案，通过有限元建模分析计算四座桥梁的动力特性和横向振动，并与实测资料相对比，提出针对该类桥梁合理的加固措施。     

南广高速铁路郁江大桥车桥耦合振动仿真分析

为探讨列车高速通过大跨度双塔钢桁斜拉桥时的耦合振动效应,为同类桥梁的设计提供参考,以南宁—广州高速铁路郁江大桥(大跨度钢桁斜拉桥)为研究对象,建立了车桥系统耦合振动仿真模型.采用有限元软件ANSYS建立斜拉桥的动力分析模型,计算其自振特性;采用多体系统动力学软件SIMPACK建立德国ICE3列车的空间动力学模型;采用SIMPACK与ANSYS相结合的联合仿真方法,计算不同运行速度时车桥系统的空间耦合振动响应.结果表明:当列车分别以250,270,290和300 km/h的速度通过该桥时,其运行安全性指标均满足规范要求;动车和拖车的Sperling舒适性指标均小于2.5;该桥梁的最大竖向挠跨比为1/1 843,最大横向挠跨比为1/83 000,最大竖向和横向加速度分别为0.386和0.107 m/s2,冲击系数最大值为1.200,表明该桥梁具有足够的刚度,振动状态良好.