高速铁路声屏障声学计算模式研究

基于多通道阵列式声源识别系统和多通道噪声振动实时采集分析系统,对京津城际和京沪高速铁路列车运行状态下的噪声源、空间声场分布以及声屏障降噪效果进行测试和分析。将高速列车声源等效为下部噪声和上部噪声两部分:下部噪声以轮轨噪声和车体气动噪声为主,其声源等效位置确定为轨面以上0.6m处;上部噪声以弓网噪声为主,其声源等效位置确定为轨面以上3.3m处。由此提出基于双声源作为等效声源和以1250Hz作为等效频率的高速铁路声屏障声学计算模式,给出声屏障插入损失和加长量修正计算公式,所得到声屏障的声学计算结果与实测结果吻合。     

高速铁路声屏障动力特性研究

以高速铁路声屏障为研究对象,介绍作用于声屏障的高速列车脉动风荷载的特性.分别建立单块混凝土声屏障及金属立柱声屏障的实体有限元模型,并建立用于时程响应分析的20 m长板壳有限元模型.实体、板壳声屏障模型的自振特性分析结果表明,两者的基频结果相符较好,基频均在9.0 Hz以上,远离高速列车的2.0～4.0 Hz的脉动频率.两者模型差异导致2阶以上的自振频率存在一定差异.高3.05 m整体式混凝土声屏障的列车脉动风荷载的时程响应分析表明,声屏障的侧向最大位移与最大应力均较小.除透明板振动稍大外,结构动力性能良好,无共振现象.     

高速铁路矮屏障降噪性能测试与优化分析

研究目的:声屏障作为控制铁路噪声最主要的方法之一,能够在传播路径上有效降低铁路噪声源的传播,但仍存在工程造价高、维保费用高、景观效果差等不足。本文根据现场测试结果,从列车声源分布及频谱特性着手,建立矮屏障实验室1∶5缩尺模型,开展矮屏障空间降噪效果研究,从而为矮屏障设计和研发提供测试依据。研究结论:(1)高速铁路主要声源可分为轮轨区域噪声、车体空气动力噪声和集电系统噪声,并以轮轨区域噪声为主;(2)矮屏障位于近轨时,轨面以上3. 5 m场点降噪效果为5. 0 dB(A);远轨时为3. 3 dB(A);在远轨基础上增加线间屏障,降噪效果可提高2. 2 dB(A),达到5. 5 dB(A);综合分析可知,矮屏障能够显著降低250～1 000 Hz频率噪声;(3)线间屏障可弥补矮屏障距离声源较远时的缺陷,可明显增加降噪效果,提高降噪效率,因而将矮屏障作为声屏障的一种补充措施,应用于铁路轨道建设中,可大大提高降噪效果,满足户外声学环境要求。     

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。     

400 km/h高速铁路直立式声屏障降噪效果及安全性研究

开展400 km/h高速铁路噪声影响研究是践行“交通强国”战略的有力举措。为研究400 km/h高速铁路噪声特性及辐射源强,获取现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下降噪效果及适应性,采用有限元模型进行仿真计算,模拟计算400 km/h高速铁路噪声源强并进行组成分析,对高速铁路通用的直立式声屏障降噪效果、耐久性、安全性等进行分析研究,对目前直立式声屏障适应性提出实施建议。研究表明：高速列车以速度400 km/h运行时,距离铁路外轨中心线25 m、轨上3.5 m处,桥梁段总声级为97.8 dB (A),路基段总声级为96.7 dB (A),气动噪声大于轮轨噪声;提出现有直立式声屏障在速度400 km/h条件下插入损失为2.7～8.9 dB (A);在安全方面,提出立柱底部螺栓养护年限;针对目前铁路直立式声屏障通用图适用性进行分析,提出结构安全优化建议。研究结果可指导400 km/h高速铁路噪声影响分析及直立式声屏障设计工作。     

双声源模式下高铁声屏障降噪效果仿真分析

研究目的:高速铁路与普通铁路噪声源特性存在较大差异,按照传统方法计算设计的声屏障在高速铁路降噪应用中效果不理想。以武广客运专线某路基试验段为模型参照对象,基于高速铁路噪声源特性研究,建立双声源模式的高速铁路声屏障降噪模型,分别对不同声源模式下3 m高直立型声屏障的降噪效果进行仿真分析。研究结论:(1)将仿真结果与实测结果进行对比,发现双声源模式的预测噪声级与实测值较为接近,而单声源模式的计算值明显小于实测结果和双声源模式的仿真结果,偏差达到8 dB A左右;(2)单声源模式的噪声衰减计算结果达到10.7~13.1 dB A,比实测结果显著偏高;(3)针对铁路限界处的噪声超过了规定的限值70 dB A,提出了合理的声屏障优化设计方法以改善沿线的生态环境;(4)将弓网噪声单独考虑的双声源模式可为高速铁路声屏障的设计和应用提供可靠依据。     

我国高速铁路声屏障气动效应研究与探索

针对高速铁路声屏障的安全可靠性，从气动效应角度阐述其研究现状、研究成果及存在的挑战，并基于我国高速铁路声屏障应用场景，探讨列车脉动力的主要影响因素和声屏障结构的振动特性，结合技术标准中与气动效应相关的要求和规定，提出完善标准体系的相关建议，并对未来的重点研究方向进行展望。结果表明：列车脉动力受列车运行速度、列车车型及声屏障设置位置等因素的共同影响，列车脉动力与运行速度的平方基本服从线性关系；声屏障气动效应还与车头流线型、车体截面形状等列车气动性能参数相关，相同速度条件下不同车型的脉动力差异可达45%；在列车脉动力作用下，声屏障钢立柱以横向振动为主，呈现典型受弯构件的特征，而单元板以整体往复横向运动为主，振幅受安装状态的影响显著，声屏障动力性能评估重点为结构的低频振动；未来可结合声屏障结构振动特征和服役性能变化情况，深化声屏障气动荷载产生机理和动力分析方法的研究，探索声屏障服役性能演变机理和规律，完善声屏障结构安全性能检测评估体系，发展快速高效检测技术。     

高速铁路插板式声屏障立柱与桥梁连接技术

高速铁路声屏障受列车运行脉动力的影响,对声屏障立柱与桥梁连接部的强度和抗疲劳性能要求高。本文结合京津城际高速铁路声屏障设计,提出了多项连接安装新技术,并在综合测试中得到验证,为今后高速铁路声屏障的建设提供了有益的探索。     

市域铁路声屏障设置研究

市域铁路噪声影响突出,需要采取有效的噪声防治措施,声屏障作为主动控制措施,一直被广泛采用。基于市域铁路的特点和运行速度,结合市域铁路成灌线测试数据的分析,从声源特性、声屏障设置原则及声学设计、结构形式等方面对市域铁路声屏障设置开展研究。指出:(1)市域铁路声源主要为轮轨噪声,噪声频谱呈宽频特性,桥梁、路堤区段在低频段和中高频段声能量均较为集中,桥梁二次结构噪声影响不能忽视,声屏障的设置应与桥梁结构减振降噪协同开展。(2)市域铁路声屏障声学设计时,评价时间内不能简单地将铁路噪声源视为无限长线声源,建议直立式声屏障附加长度取值为50~70m。(3)市域铁路列车脉动风压对声屏障结构选型影响较小,应加快对直立式声屏障顶部变化型、顶端降噪器的研制。     

高速铁路插板式声屏障结构计算分析

根据高速铁路声屏障受力特点,分析确定作用于高速铁路声屏障的荷载。特别是针对高速铁路列车大密度、长期运行声屏障结构疲劳问题,声屏障结构所承受的主要荷载是列车高速运行时产生的脉动力,是动荷载,结构存在着疲劳问题,疲劳计算按50年使用年限计算,对连接件螺栓的疲劳按材料的疲劳极限应力控制。研究确定高速铁路声屏障结构疲劳计算方法,并给出能够抵抗疲劳的声屏障结构与桥梁遮板的连接方式,是保证整体结构安全的最重要问题。     

高速铁路声屏障降噪效果及其影响因素分析

根据我国高速铁路（客运专线）声屏障降噪效果实测结果及高速铁路列车运行噪声特性,就声源构成、频率特性、桥面系及防护墙对声屏障降噪效果的影响进行分析。结果表明,随着速度提高,声屏障总体降噪效果呈下降趋势;铁路声屏障对500Hz以上的中高频噪声具有较好的降噪效果,但对250Hz以下的中低频噪声效果不大;桥面系及防护墙可起到一定的声屏障降噪作用。因此,在铁路声屏障设计中应根据高速铁路声源特性进行声学设计计算;在环境影响评价中,也应采用合理的声屏障降噪效果并考虑桥面系及防护墙的屏障作用;同时,应加强提高声屏障构件的低频隔声性能和吸声性能。     

列车风作用下桥上防风屏障的疲劳性能分析

为了保证风区高速铁路桥上列车运行安全,一般在桥上设置防风屏障。防风屏障受到列车运行产生的脉动力作用,在列车风致脉动力或其与自然风共同作用下的疲劳性能是防风屏障设计的重要问题。以兰新第二双线铁路桥上防风屏障为工程实例,建立防风屏障有限元模型,考虑外部自然风荷载和车致脉动力荷载,获得防风屏障各关键节点处的应力时程,然后基于累积损伤理论评价防风屏障结构的疲劳性能。研究结果表明:防风屏障结构钢立柱底部、防风板中部为危险位置,并且考虑自然风及车致脉动风力会极大地增加防风屏障关键节点处的应力;特别是防风板的应力远高于立柱的应力,应引起重视。针对本工程设计的防风屏障结构在设计风速下疲劳性能良好。     

基于Cadna/A的高速铁路单侧高层住宅声屏障降噪效果研究

高速铁路引入城区时,不可避免地对沿线的声环境敏感点尤其是高层住宅造成影响。为掌握高速铁路对高层住宅的噪声影响特点,指导工程设计采取可行的降噪措施,基于Cadna/A软件,建立西延高铁与某处声环境敏感点的噪声影响预测模型,以距离铁路20 m处的高层住宅为重点研究对象,预测西延高铁运营对该高层住宅的噪声影响,分别模拟3,10 m高直立式声屏障和半封闭声屏障的降噪效果。结果表明:在一定工况条件下,路基轨面以上5.5 m处,铁路噪声影响达到最大;3 m高直立式声屏障对敏感点地面至轨面以上2.5 m降噪效果明显,10 m高声屏障对高于轨面29.5 m的楼层降噪效果有限,半封闭声屏障对各层降噪效果明显,采取半封闭声屏障可确保该高层住宅噪声影响达标。     

我国铁路声屏障应用效果的评价

在总结我国既有铁路声屏障应用状况基础上 ,探讨性地提出了铁路声屏障的评价方法和应用效果。建议采用列车通过时段的等效声级插入损失值作为铁路声屏障降噪效果的评价量 ,测点位置除应包括各保护目标外 ,还应增加测量距离铁路外侧轨道中心线 30m处 ,距轨面 1 5m高处的声屏障插入损失值 ,以利于统一比较不同场所的声屏障实际降噪效果。按照上述评价方法 ,目前我国铁路已建成的多数 2 5～ 3 5m高的直立吸声式声屏障 ,在铁路边界测点处的降噪效果为 3 6～ 6 5dB(A)。     

基于ALE的高速列车声屏障脉动力数值模拟研究

随着环境友好型铁路建设的发展要求,声屏障作为有效的降噪手段得到广泛的应用,脉动力是声屏障动力设计中必须控制的因素。基于ALE方法构建高速列车、声屏障、空气三维数值模型,对列车经过声屏障时产生的脉动力过程进行仿真。分析声屏障脉动力分布特性及脉动力时程变化特性,分析列车运行速度、声屏障高度、与股道中心线距离等因素对脉动力的影响规律,数值模型求解采用并行计算技术,分析并行区域分解方案对并行效率及加速比的影响。本文研究结果为高速铁路声屏障结构设计提供参考依据。     

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。     

高速铁路噪声影响评价研究

在目前已运营高速铁路噪声源特性测试的基础上,对高速铁路声源组成、声场分布特性、频谱特性、距离衰减特性进行分析研究,提出高速铁路声环境影响评价与普通铁路的不同之处,对高速铁路声环境影响评价中声源位置的确定、高速铁路桥梁段噪声预测关注事项、距离衰减预测等提出了建议;另外,通过总结分析目前已运营高速铁路沿线噪声等效声级测试结果,结合中国高速铁路列车运行速度高、运营密度大等特点,提出中国高速铁路声环境影响评价宜执行的噪声标准。     

高速铁路声屏障安全检测装置研究

针对目前高速铁路声屏障安全检测存在的问题,研究一套图片或影像检查装置,可对声屏障螺栓、插板脱落,立柱螺栓松动,焊接部位失效,重力砂浆破损等进行全面检查,利用录像或图片建立设备档案以备查询检索,尽早发现问题并及时处理,为列车安全运行提供保障。     

不同面密度吸声板对声屏障结构影响研究

针对吸声板面密度为40 kg/m~2和60 kg/m~2的2种直立插板式声屏障,基于有限元法计算声屏障结构的模态,并在台风荷载为8 000 Pa条件下,研究声屏障的稳态结构响应。研究结果表明:(1)这2种声屏障的1阶振动频率和2阶振动频率各不相同,3阶到6阶模态相差不大;(2)当吸声板面密度为60 kg/m~2时,声屏障结构具有较好的稳定性。并提出建议:(1)在保证吸声降噪效果的前提下,建议吸声板面密度选择60 kg/m~2;(2)在台风载荷作用下,声屏障结构会发生破坏,建议结构设计时在H形支座底部合理布置一定数量的加强筋板或将H形支座材料改为Q275钢。     

高速铁路声屏障脉动力数值模拟研究

基于有限体积法,采用流体动力学计算软件建立了列车通过设置声屏障桥梁时的空气动力学模型.应用滑移网格技术和大涡模拟法,计算了声屏障的三维非定常可压缩外流场,获得了不同速度、不同车头长度和不同车体长度列车通过桥梁时轨面以上2.15 m高处声屏障脉动压力极值、脉动压力时程曲线等.研究结果表明:声屏障所受脉动风压极值基本与车速的平方成正比;在车速相同情况下,6 m长车头列车产生的脉动风压比12 m长车头列车约大10%;200 m长车体列车通过时产生的脉动风压比100 m长车体列车约大7%.