城市轨道交通桥梁-声屏障系统结构噪声特性与预测

针对列车通过城市轨道交通高架时引起的桥梁-声屏障系统结构噪声问题，在某市域铁路箱梁段分别选取无声屏障和直立式声屏障地段，开展噪声现场测试；通过对比无声屏障和直立式声屏障地段的测试结果，分析了箱梁-声屏障系统结构噪声的频谱特性；基于有限元-边界元法，建立了箱梁-声屏障系统振动声辐射数值计算模型，研究了箱梁-声屏障系统结构噪声的空间分布规律，探讨了车速和声屏障高度对箱梁-声屏障系统结构噪声的影响。研究结果表明:当列车以约93 km·h-1的速度通过时，直立式声屏障对高频轮轨噪声起到了很好的降噪作用，但会使低频结构噪声增大；声屏障结构噪声的影响主要集中于160 Hz以下的低频段，箱梁-声屏障系统结构噪声的峰值出现在63 Hz左右；箱梁-声屏障系统结构噪声呈现出近场随距离衰减较快，远场随距离衰减越来越慢的趋势，箱梁正上方和正下方的结构噪声均超过96 dB，距离桥梁中心线120 m处的结构噪声衰减至72 dB；声屏障结构噪声对于梁侧声场的影响较大，与无声屏障地段相比，设置了高度为3.15 m的直立式声屏障之后，梁侧结构噪声增大了2~5 dB；当车速由93 km·h-1增大到120 km·h-1时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加7 dB以上；当声屏障高度由3.15 m增大至6.3 m时，箱梁-声屏障系统结构噪声辐射在梁侧最大增加3 dB以上。      

既有铁路桥梁声屏障的高速列车脉动风致响应

采用SAP2000有限元软件,建立了既有桥梁声屏障的有限元模型,混凝土插板与H型钢立柱之间的连接采用位移和转角弹簧模拟.探讨了脉动力采用多点输入和一致输入,跨度16,24和32 m的铁路桥梁声屏障的动力响应,分析了声屏障的位移峰值、弯矩峰值和动力放大系数的分布特征.结果表明,常用跨度铁路桥梁声屏障的行波效应系数均小于1;声屏障立柱的位移和挑梁弯矩的最大值随桥梁跨度增大而减小;声屏障挑梁刚度过小,跨度16 m的铁路桥梁声屏障立柱的最大位移达15.5 mm.     

高速铁路声屏障插入损失影响因素及规律

为研究声屏障降噪的主要影响因素及规律,基于边界元理论,结合高速列车实测声源识别结果,建立了高速铁路声屏障降噪效果预测模型,研究了包括高速列车不同位置声源、声屏障高度、声屏障截面形状和吸声边界条件对插入损失的影响,并在此基础上提出了对现役声屏障结构的改进方案.研究结果表明,列车声源高度对声屏障插入损失有重要影响,现有2.15 m高声屏障只对车体下方噪声有降噪效果;随着声屏障高度增加,插入损失逐渐增大,声屏障高于6.15 m时,插入损失达到25 dB(A)以上;对于不同截面形式的声屏障,降噪效果从优到劣依次为Y型、倾斜型、T型、外折型、直立型和内折型,其中Y型比直立型插入损失高0.7~1.5 dB(A);对于任一类型声屏障,吸声引起的具体降噪效果与声屏障形式有关,有吸声边界条件的降噪效果要优于"刚性光滑"边界条件,前者与后者相比,其插入损失可提高0.3~6.4 dB(A).      

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+580 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.      

高速铁路箱梁桥-声屏障结构振动噪声初探

声屏障是轨道交通重要的降噪措施之一,但在列车经过时声屏障同样会产生振动成为向外辐射噪声的声源.以内折型声屏障为研究对象,将其简化为适用于声学计算的板壳单元,通过建立高架线路结构的有限元模型,以中国高速铁路无砟轨道谱作用下的声屏障以及箱梁桥-声屏障的动力学响应作为声学边界条件,基于有限元-边界元理论分别求解单独声屏障和箱梁桥-声屏障的声辐射特性,初步探究了声屏障对高架路段结构声辐射的影响,在此基础上进一步考虑了地面反射的作用.研究结果表明:声屏障的振动形式主要表现为水平局部振动以及垂向整体振动,水平局部振动对自身结构噪声辐射的影响最大,其结构噪声集中在0～180 Hz的低频段,与桥梁结构噪声频率范围重合度较高;桥梁上安装声屏障后的振动分布发生明显地改变,使得声压在部分频段内降低,周围声场的分布也发生了明显变化而且总体上声压增加了1～2 dB;刚性地面的反射会使整个声场的声压增大,声压增加值最大可达5 dB.因此,声屏障对高架线路的整体结构声辐射能够产生很大的影响,考虑地面反射的作用后更加显著.     

隧道结构对高速列车穿行过程气动特性的影响

以CRH2型高速列车穿行隧道过程的气动特性为研究对象,建立了列车模型及具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道计算模型,并与相同工况下的模型实验进行对比,验证了仿真模型的可行性.以kε-湍流模型为基础,对高速列车以不同速度进入具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道时的外流场进行了仿真模拟.分析了列车在进入隧道时压缩波的产生机理,得到了列车表面风口在车体进入隧道过程中的压力波动情况.仿真结果表明：隧道缓冲结构的缓冲性能按抛物线型、线性、不连续性的顺序依次减小;压力值随阻塞比增大而线性减小.由此提出了减小列车进入隧道时表面压力波动的方法.     

基于振动响应的高铁声屏障结构体系研究

为了研究不同开口形式的封闭式声屏障在高速列车所产生风压作用下的受力特征，以某高铁声屏障为研究对象，利用有限元软件Midas建立顶部不同开口间距的双侧封闭式声屏障及顶部不同覆盖长度的单侧封闭式声屏障整体模型；将速度为350 km/h的列车驶过时产生的脉动风压激励时程作用于声屏障结构整体模型，计算得到声屏障结构的静力响应和动力时程曲线；最后计算动力放大系数. 研究结果表明:双侧封闭式声屏障顶部增加开口间距和单侧封闭式声屏障顶部覆盖长度减小都有利于风压的释放，改善结构受力情况，随着开口间距增加或覆盖长度减小，有利作用愈加明显；对于双侧封闭式声屏障，开口2 m时立柱最大动应力是开口8 m时立柱最大应力的1.15倍，放大系数也增加0.12；对于单侧封闭式声屏障中，覆盖8 m时立柱的最大动应力是覆盖2 m时立柱的最大动应力的1.28倍，放大系数也增加0.37.      

大跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥地震响应及减震控制分析研究

基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达365.12MN.m,对自锚式斜拉-悬索协作体系桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大42%,横向弯矩减小14%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小9%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小44%,主梁跨中弯矩和剪力减小41%,塔底纵向弯矩减小37%,达到减震效果.     

风屏障的突风效应对桥上列车走行性的影响

为研究列车进出风屏障段时所受突风效应的影响,以一高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,通过风洞试验测试了风屏障在100.0%、43.5%和0透风率情况下车-桥系统的气动特性;基于哑元耦合法,建立了风-车-桥系统分析模型,开展了两种风屏障布置形式（通长和非通长）时风屏障透风率和列车车速对列车动力响应的影响分析. 研究结果表明:设置风屏障时桥上列车的气动特性存在较大差异,尤其列车气动阻力系数在风屏障透风率0比透风率100.0%时减少87%;当风屏障通长布置时,风屏障防风效果显著,随着透风率的减小,列车动力响应大幅减小,其中轮重减载率减小达53%;当风屏障非通长布置情况时,列车在进入和离开风屏障区段时,突风效应对列车的横向加速度和竖向加速度均影响显著,透风率越低,加速度响应变化越剧烈,但对于轮轴横向力和轮重减载率的影响有限;随着车速的提高,突风效应造成的加速度响应总体上增大,呈明显的非线性变化.      

基于流固耦合求解的强横风下轨道力学分析

为研究强横风条件下轨道结构的力学特性，采用计算流体力学和有限元联合仿真，对轨道结构的受力和变形进行了分析. 首先采用SOLIDWORKS软件基于CRH380A型高速列车实际外形轮廓建模，然后通过FLUENT计算得到列车的气动特性，再与有限元软件ABAQUS联合仿真建立列车-轨道耦合模型；模型中完整地保留列车表面所受的气动力，解决了流固耦合中列车气动力的传递问题；最后基于建立的耦合模型，针对强横风作用下轨道结构的力学特性进行系统分析. 研究结果表明，当列车运行速度为350 km/h，风速从0变化到15 m/s时，钢轨背风侧处横向位移从0.177 mm增加到2.100 mm，增大了11.86倍，可见强横风条件下，要重点关注钢轨背风侧处横向力学特性；当风速超过15 m/s时，列车运行速度达到250 km/h，钢轨横向位移超出了最大允许值2.000 mm，表明长期的强横风作用将会导致轨道的几何形位发生改变，但此时轮重减载率和脱轨系数并未超出对应限值0.65和0.800. 因此，横风作用下不仅要考虑列车运行安全性指标，也要考虑轨道结构力学指标的变化.      

高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响

螺栓的疲劳寿命和松弛寿命影响着螺栓的使用寿命，在疲劳和松弛的共同作用下，柱脚处连接不断退化，为探究高铁声屏障连接螺栓松弛对疲劳寿命的影响，以某速度为400 km/h高铁声屏障非对称排布和对称排布螺栓为研究对象，利用ANSYS建立柱脚螺栓有限元模型，通过降温法施加预紧力，并施加正负单位弯矩荷载，计算柱脚最不利螺栓在不同预紧力作用下的应力幅，提出了应力幅随预紧力变化的拟合关系式；利用Midas建立声屏障整体模型，分析列车在400 km/h行驶速度下结构动力响应特性，提取柱脚螺栓弯矩时程结果，对仅考虑疲劳失效的螺栓寿命和考虑松弛疲劳共同影响下的螺栓寿命进行比较.研究结果表明：螺栓松弛会使预紧力下降，导致两种柱脚模型的螺栓应力幅增大；在已有的柱脚螺栓时程计算中，考虑松弛疲劳共同影响下的疲劳寿命比仅考虑疲劳作用时大大降低，当松弛导致预紧力下降至55%以后，将会产生疲劳效应，该结果可为连接结构领域设计人员定量评估螺栓寿命以及对螺栓的维修养护方面提供参考依据.     

提速道岔辙叉翼轨的加高值方案优化

为研究固定辙叉结构不平顺对列车过岔动力特性的影响,基于岔区轮轨系统动力学及轮轨接触关系理论,以12号提速道岔固定辙叉为例,分别建立了翼轨不同加高设计方案下的辙叉模型以及CRH2型车车辆模型,在此基础上,深入分析了翼轨加高设计对列车过岔动力特性、过岔速度以及行车平稳性的影响规律. 结果表明:列车过岔时,随着翼轨向外弯折,其轮轨接触区域开始外移,并由此造成辙叉区轮对质心垂向位置的降低;通过设置合理的翼轨加高值,可有效降低辙叉区轨道的竖向结构不平顺,进而抑制轮对质心垂向位置的降低,提高列车过岔的平稳性及旅客乘车舒适度;固定辙叉翼轨加高设计,可有效改善列车直向过岔动力特性,但对侧向过岔效果有限;当加高值设置为3 mm时,翼轨加高优化的效果最佳,与无加高设计相比,加高后列车直向过岔第一轮对横向和垂向轮轨力最大幅值分别降低了45.8%和30.3%,车体横向及垂向加速度则分别降低了42.2%和26.1%;随着列车运行速度的提高,过岔时的轮轨动力响应也开始逐渐加剧,合理的翼轨加高设计将有利于提高列车的过岔速度. 研究成果可为我国铁路线路道岔固定辙叉的结构优化设计提供理论参考.      

高速铁路长大坡道动车组运行性能分析方法

当动车组运行通过长大坡道时,车辆与轨道的耦合振动作用会对列车牵引制动效率产生重要的影响.为更准确地分析动车组列车通过长大坡道时的运行性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑列车牵引制动行为与线路平纵断面的影响,建立高速铁路长大坡道动车组运行性能分析模型,采用线路试验数据对模型进行验证,对比分析三维模型与传统一维模型的差...     

深埋式桩板结构桥-隧过渡段动力响应特征分析

为了解深埋式桩板结构桥-隧过渡段的动力特性及过渡性能,在沪昆高铁某工点过渡区（含隧道口、过渡段及桥台）开展现场动力响应测试,分析不同车型、车速及行车方向等工况下过渡区的动力响应分布规律;并建立考虑车辆-轨道-路基耦合振动数值模型,研究过渡区的线路平顺性及桩板结构过渡段的动应力分布. 研究结果表明:不同车型列车激励下,过渡区振动加速度及动位移有效值的最大值分别为0.85 m/s2、0.034 mm,过渡段的振动水平要比隧道及桥台的更低;过渡段动力响应有效值随车速增大而增大,其增幅比隧道与桥台的更小;行车方向对过渡段与桥台连接区域的动力响应影响较大,对其他断面影响微弱;列车以300 km/h车速经过该过渡区时,过渡区钢轨挠度最大变化率约为0.149 mm/m,车体竖向加速度最大值为0.74 m/s2;桩板结构的存在能够将列车荷载传递至深部地基,使浅层地基土体承受的动力作用降低.      

桥隧过渡段高速列车行车抗风安全分析

列车由隧道驶上桥梁时会承受突变的风荷载，列车的响应发生突变，导致列车的行车安全受到威胁. 以某客运专线桥隧过渡段为研究背景，通过计算流体动力学 （CFD） 数值模拟和车桥耦合振动分析，计算了CRH3型列车通过桥隧过渡段时受到的气动力及车辆响应；对比分析了头车、中间车及尾车的气动力及列车响应，研究了大风攻角对列车气动力及行车响应的影响，探讨了最不利的安全指标. 研究结果表明:越靠近车头的车体，气动力突变与列车响应越大；相比0° 攻角，正风攻角对行车相对有利，+7° 的风攻角下列车受到的气动阻力和力矩减小了约10%；负风攻角会增大列车的气动力突变效应和行车响应，?7° 风攻角下列车受到的气动阻力和力矩增加了约10%；风速在22.5 m/s以下时，CRH3列车能够以200 km/h的车速安全通过桥隧过渡段；20 m/s风速时，车速在325 km/h以下时列车能够安全通过桥隧过渡段；随着车速与风速的增加，轮轴横向力是首先超限的安全性指标.      

高速铁路CFG桩网复合结构设计参数分析

采用数值分析方法,依托京沪高速铁路徐沪段CFG(Cement Fly-ash Gravel)桩复合地基处理方法,分析了有无桩帽、不同桩长、不同桩间距等设计参数的桩网结构在高速列车荷载作用下对路基高度4.15 m的地基动力响应的影响,为高速铁路CFG桩复合地基的设计提供理论依据。结果表明,地基面(碎石垫层以下)动位移与有无桩帽、桩长、桩间距有关。无桩帽比有桩帽的位移大7.8%;随着桩长增加30%,70%,120%时,地基面最大动位移分别减小10.4%,19.6%,25.9%。随着桩间距增加0.8,2,2.5D(D为桩径)时,地基面最大动位移分别增加8%,12.4%,23.4%。地基面动应力的大小与有无桩帽、桩间距有关;在持力层相同的情况下,与桩长基本无关。在该文地质条件下,桩土动分担比与地基面桩、桩间土处的动位移呈正比。     

Progress in high-speed train technology around the world

This is a review of high-speed train development in the sense of technology advances all over the world.Three generations of high-speed trains are classified according to their technical characteristics and maximum operating speed.Emphasis is given to the newly developed high-speed train in China,CRH380.The theoretical foundations and future development of CRH380 are briefly discussed.