高速铁路桥梁结构噪声的全频段预测研究(Ⅰ):理论模型

基于车-线-桥空间耦合振动和稳态声辐射的边界元法、统计能量法理论,提出高速铁路桥梁结构噪声全频段预测方法。根据桥梁结构形式,考虑计算规模和效率,确定分析频段限,将整个频域划分为2部分;在不同的频段建立直接/间接边界元和统计能量模型,采用"强耦合"假设简化子系统耦合损耗因子求解;进行车-线-桥空间耦合振动分析,分别计算桥梁和钢轨振动响应作为边界元模型边界输入和统计能量模型能量输入,在不同频段进行稳态声辐射分析,得到桥梁结构噪声全频段结果。并对分析频段划分、边界元法边界输入、"强耦合"假设的验证、统计能量法的能量输入,声反射和声衍射处理等进行探讨。     

考虑列车-轨道-桥梁/声屏障相互作用的高速铁路半封闭式声屏障动力响应分析

为分析列车通过时桥上半封闭式声屏障的动力响应,采用Midas建立了桥梁和声屏障的有限元模型,分析结构的自振特性。基于车辆-轨道-桥梁动态相互作用原理,建立列车-轨道-桥梁/声屏障动态相互作用模型,对列车过桥时的安全性与舒适性进行数值计算,研究半封闭式声屏障的动力响应特点。结果表明:在桥上设置半封闭式声屏障后,桥梁和声屏障整体结构的刚度有所变化;列车以不大于220 km/h的速度过桥时,车辆的安全性指标均合格,车辆的平稳性指标为优秀,桥梁的动力响应指标满足规范要求;桥梁与声屏障连接处的边界条件对声屏障动力响应的影响显著。     

地表锚杆预加固浅埋隧道的空间数值分析

采用考虑锚芯与灌浆体间剪切作用的三维锚杆单元,建立了地表锚杆预加固浅埋隧道的空间耦合数值分析计算模型,编制了空间弹塑性有限元-无限元-锚杆单元耦合程序,并通过与现场量测和室内模型试验研究成果的比较, 表明计算模型具有较高的计算精度,其分析方法对工程设计具有一定的指导意义.     

高层建筑沉降对施工阶段拟建隧道影响模拟分析

在运营和拟建的轨道交通线路周围进行任何工程建设,都将对线路的轨道和结构变形产生影响。为正确评估此类工程建设活动的影响,必须选用合理的计算方法、计算模型和计算参数。以实际工程为背景,利用有限元-半无限元耦合静力计算模型,预测分析了某高层建筑后期沉降所引起的不同施工工况下拟建地铁区间隧道的变形和内力值,并提出了控制高层建筑沉降影响的建议。     

高速铁路半封闭声屏障声学性能的现场实测及预测模型

相比传统直立式声屏障,半封闭声屏障对高速铁路噪声显然具有更优的降噪效果,但当前对半封闭声屏障在真实服役状态下的声学性能研究却极其有限。为此,以某高速铁路桥上半封闭声屏障为工程背景,采用现场试验和统计能量分析(SEA)方法进行研究。首先,简要介绍了SEA方法的基本理论。然后,从声源特性、隔声量和降噪效果三方面对半封闭声屏障的现场测试结果进行分析,并与其他相关试验结果进行对比。最后,建立了半封闭声屏障SEA预测模型,并依据现场试验数据进行模型验证。结果表明:多重反射效应使得半封闭声屏障内侧的噪声增加2～3 dB(A);相比高2.15～3.15 m直立式声屏障,半封闭声屏障的降噪效果可提高5.7～2.9 dB(A);声泄漏使得真实服役状态下半封闭声屏障的隔声量小于声学实验室内的测试值;在考虑1.0 mm宽缝隙所引起的声泄漏后,计算模型具有较好的预测精度。     

轨道结构参数对其声辐射特性影响

建立轨道有限元-边界元振动声辐射模型。用三维实体有限元模型模拟钢轨、轨下垫层、轨枕和道床,以轮轨联合粗糙度作为激励源,并考虑接触滤波的影响。采用有限元法计算轨道结构的系统响应,以轨道结构速度响应作为输入,利用声学边界元法计算轨道结构的声辐射。分析比较本文模型和已有轨道声辐射模型的数值结果表明:在中低频区域内,二者具有较好的一致性;在高频区域,本文模型数值结果更加合理。本文讨论轨道结构参数对轨道系统声辐射影响,结果表明:不同轨道参数对轨道结构声辐射影响程度不同。通过对轨道结构系统参数优化设置,可达到减振降噪效果。     

铁路车轮周向脊肋阻尼结构振动声辐射控制的初步探讨

为了弄清周向敷设脊肋式约束阻尼铁路车轮减振降噪机理,将铁路车轮简化成同样比例尺度的等厚圆盘,并在圆盘上敷设周向分布脊肋约束阻尼,分析其振动-声辐射特性。基于混合有限元-边界元法,建立了敷设约束阻尼结构的圆板系统振动-声辐射模型。其中,系统的振动响应由实体有限元模态叠加法计算得到,约束阻尼结构的阻尼效应通过结构模态损耗因子来考虑。进而将系统振动响应作为声学边界元的初始条件,用基于声学边界元法的软件SYSNOISE计算得到系统的声辐射。考虑到计算阻尼结构模态损耗因子的精度与计算耗时情况,对复特征值法和模态变形能法进行了分析比较。数值计算中,考虑了两种不同截面形式的周向脊肋及其布设位置对系统振动声辐射的影响。结果表明,周向脊肋对降低系统振动声辐射有积极作用,其效果与脊肋截面形状和布设位置有关。本文的分析为低噪声车轮的设计提供重要的参考。     

台风地区高速铁路混凝土声屏障结构分析研究

以台风地区高速铁路声屏障为研究对象,介绍整体式混凝土声屏障的设计概况,以及作用于声屏障的自然风荷载与高速列车脉动风荷载的特性,并按照相应的规范进行验算,验算结果表明混凝土声屏障具有良好的结构承载能力。采用ANSYS进行详细的空间有限元分析计算,详细分析结构细部受力,并对加高1.0 m通透屏进行参数讨论,结果表明混凝土声屏障受力合理,1.0 m通透屏的连接方式显著影响通透屏在荷载下的侧向位移。最后对声屏障的自振特性做详细的分析,声屏障的基频远高于高速列车的2.0~4.0 Hz,因此声屏障结构基本不会产生共振。     

铁路声屏障绕射衰减计算模型的验证

结合法国TGV Nord Line上声屏障绕射衰减(插入损失)实测数据,对计算模型进行对比验证,以列车运行暴露声级为变量的单极子计算模型与实测结果的符合性较好,可用于铁路声屏障设计的绕射衰减量计算。     

层状地基中交通隧道地震反应分析

采用有限元与无限元耦合方法讨论交通隧道在地震波作用下震动反应问题,并考虑地基土的非线性与层状性.运用等效线性模型处理土的非线性,Newmark-β求解动态平衡方程.通过实例计算,给出初砌结构在地震下的反应.     

声屏障几何形状对高速列车气动噪声影响的数值模拟及降噪研究

基于Lighthill声类比理论分别求解高速列车气动噪声的产生和传播过程,首先由RNG k-ε湍流模型求得流场的稳态计算结果,之后采用大涡模拟和FW-H方程对比直立与半圆形声屏障降噪性能的差异,通过建立包含3节车编组的CRH380A型高速列车和2种声屏障在内的仿真模型,研究声屏障几何形状的改变对声学性能及降噪能力产生的影响。结果表明:圆心角为180°的半圆形声屏障在测点处的平均插入损失较大,同时对气动噪声的降噪需求有着良好的匹配,综合声学性能较传统的直立声屏障更优;缩小圆心角会导致半圆形声屏障的降噪能力相应降低,其插入损失在圆心角由180°减至120°的过程中呈现明显的下降趋势,之后的降幅相对较小,圆心角为30°的半圆形声屏障降噪效果已与等高的直立声屏障类似。     

城际铁路单侧高层建筑物声屏障形式设计研究

选择合理的声屏障形式与高度,可有效降低噪声污染、减少搬迁量。设置声屏障,是控制声传播途径的最有效办法。以某城际铁路穿越城市建成区,为保护单侧高层声环境敏感建筑为例,通过对直立式声屏障、全封闭声屏障和半封闭声屏障的比选,确定声屏障形式选用半封闭式。在满足接触网、桥梁等专业要求的基础上,通过声学计算、结构检算,确定半封闭式声屏障总高度为8m,跨度11.3m。对于列车设计时速250km及以下时速的城际铁路,设置半封闭式声屏障,单侧降噪效果在8.7~11.2dB,可满足铁路边界噪声限制要求。     

宁波轨道交通高架线综合降噪效果测试与分析

宁波轨道交通1号线一期工程高架线开展了无声屏障、全封闭声屏障、全封闭声屏障+梯形轨枕和全封闭声屏障+道床垫浮置式整体道床工况下的噪声对比测试试验.在各测量断面处布置7个噪声测点,并得到12.5～20000 Hz频段的噪声声压级与频谱曲线,分析各工况下噪声频谱特性与降噪效果.结果表明:仅采用全封闭声屏时,噪声源强处降噪效果最佳,且降噪效果随水平距离的增大呈衰减趋势;在全封闭声屏障的基础上采用梯形轨枕或道床垫浮置式整体道床后各测点(测点l除外)处降噪效果进一步增大,减振轨道确保了全封闭声屏障的降噪效果;减振轨道能有效减小桥梁结构噪声,但同时也增大了轮轨噪声;全封闭声屏障+道床垫浮置式整体道床的降噪效果优于全封闭声屏障+梯形轨枕.     

高速铁路840 m全封闭声屏障气压荷载数值模拟研究

采用我国干线铁路开行的复兴号动车组,基于计算流体力学软件Fluent,对高速列车以350 km·h^-1速度通过840 m全封闭声屏障及1/2跨和1/4跨会车工况下声屏障的气压荷载分布规律进行数值模拟。结果表明:会车工况下的压力极值均大于单车工况下,且变化规律更为复杂,声屏障中间位置即1/2跨会车时的压力极值达到最大值,最大正压和负压分别为2 672和4 619 Pa,分别为单车工况下的2.05倍和1.87倍;同一截面各测点的气压荷载波动规律相似,但压力极值存在明显差异;单车工况下,声屏障同一截面上不同测点处的极值压差达到0.6 kPa,体现了压力波传递的三维效应。通过数值模拟获得的全封闭声屏障压力极值和气压荷载分布规律,为声屏障结构设计提供理论依据。     

铁路全封闭声屏障降噪效果试验研究

直立式声屏障是我国高速铁路噪声控制主要措施,仅在声影区有较好的降噪效果,全封闭声屏障、半封闭声屏障等进一步降低噪声的声屏障类型虽已在城市轨道交通广泛应用,但在铁路应用案例极少,为了保护"小鸟天堂"生态环境,我国深茂铁路于国内首次采用全封闭声屏障,为了分析其降噪效果,采用间接法进行现场测量,结果表明:动车组运行速度不高于132 km/h时,全封闭声屏障可大幅降低列车通过噪声,且不存在声亮区,距线路不同距离、不同高度处,全封闭声屏障降噪效果可达16～18 dB;呈现宽频降噪性能,对于400 Hz以上的噪声,降噪量高达10 dB以上;630 Hz以上降噪效果高达15 dB以上。试验明确了全封闭声屏障降噪特性,为我国高速铁路声屏障选型和优化设计提供参考。     

既有铁路沿线拟建居民小区噪声治理措施设计的几种思路

为缓解既有铁路可能对沿线拟建居民小区产生的噪声影响,该文提出了绿化带降噪、声屏障＋绿化带降噪和商铺房屋＋声屏障降噪三种方案,从噪声治理措施的位置、形式、效果及投资进行多方案分析比较,得出环境效益和经济效益最佳的方案,可减少铁路的噪声影响,提高拟建居住小区的居住品质.     

城市轨道交通声环境影响计算公式的修正

轨道交通噪声问题日益引起了人们的关注,对轨道线路两侧的声环境预测工作也提出了新的要求.通过对我国《环境影响评价技术导则-城市轨道交通》中的声环境影响预测公式进行分析,从计算公式的参考点噪声辐射源强、声屏障衰减模型和声屏障等效频率计算等三个方面对其进行修正,以期能使我国的城市轨道交通噪声预测模式更加完善,计算更加精确.     

沪杭高铁半封闭式声屏障声学设计研究

从声学设计目标值的选择、声屏障形式的选择及声屏障的降噪效果等方面分析了沪杭高铁半封闭式声屏障声学设计方法,并与实际测量结果进行了对比分析.实际测量结果表明,半封闭式声屏障的降噪效果在11.5dBA,达到了设计的声学设计目标值.同时指出理论计算的半封闭式声屏障的降噪效果明显偏高,而模型试验和类比测量的降噪效果与实际测量的结果基本吻合.     

郑铁一中声屏障工程声学设计研究

声屏障工程是防治铁路噪声影响的有效措施，声学设计是保证声屏障工程降噪效果的重要手段和方法。通过郑铁一中声屏障工程学设计研究，给出了声学设计中应考虑的主要内容及解决方法。声屏障建成后，各主要评价点的实际降噪效果与理论计算值相差不超过1dB；主要评价点的24h等效连续A声级平均降噪量为10.4dB，超过预定目标值2.4dB，降噪效果非常显著。     

高速铁路桥梁声屏障插入损失五声源预测模式研究

研究一种高速铁路桥梁声屏障插入损失的五声源预测模式,可应用于时速300 km以上高速铁路声屏障声学设计。对高速铁路噪声源进行现场辨识测试,分析其声源特性,将高速铁路噪声源简化为轮轨区、车体下部、车体上部、集电系统、桥梁结构5个等效噪声源。根据单声源模式的声屏障插入损失预测公式,结合不同车速下声源等效频率和噪声贡献量,同时考虑桥梁翼板对声传播的影响,形成五声源模式的声屏障插入损失预测公式。采用该方法计算2.15 m声屏障插入损失并与现场测试数据对比,结果显示距离线路25~50 m处受声点插入损失预测结果与实测结果吻合度最高。