基于瞬时边界元的轨道交通高架槽形梁桥声辐射特性及影响分析

为了精准预测列车通过轨道交通高架槽形梁桥时诱发的结构噪声,分析梁底板厚度对声辐射的影响,结合有限元-瞬时边界元法,采用多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS协同联合仿真分析法,建立了车桥耦合系统振动分析模型以及槽形梁结构声辐射有限元/边界元模型。分析了列车荷载作用下槽形梁桥的声辐射特性,探讨了底板厚度对槽形梁结构噪声的影响。研究表明:地铁列车以80km/h的时速通过槽形梁桥时,桥面板的振动及桥梁结构噪声主要集中在底板附近;随着底板厚度的增加,槽形梁桥结构辐射噪声近声场处降低较为显著,对结构远声场有一定程度的影响。分析结果可为轨道交通槽形梁结构减振降噪提供一定的参考。     

多特征频率下槽形梁面板综合声学贡献量分析

为探讨城市轨道交通槽形梁低频噪声综合面板声学贡献量,以某拟建30 m轨道交通槽形梁为研究对象,开展结构声辐射特性研究。基于有限元/边界元法分别建立槽形梁有限元模型、声学边界元模型,采用间接边界元法分析槽形梁的声辐射特性。在此基础上,应用声传递向量法对槽形梁的结构噪声进行面板声学分析,引入特征频率计权系数以及场点权重系数确定多特征频率下对综合声场声学贡献量最大的关键槽形梁面板。研究结果表明:轨道交通槽形梁的结构噪声以20~80 Hz的低频为主,各场点在31.5 Hz和63 Hz处出现噪声峰值;槽形梁综合声场声压主要由底板贡献,翼缘板对综合声场声压贡献较小,腹板对综合远声场有负影响;应当有针对性地对关键面板进行结构优化改善结构噪声性能。     

轨道交通槽形梁结构低频噪声预测与优化

为降低轨道交通槽形梁在列车动荷载作用下辐射的低频噪声,以轨道交通30m简支槽形梁为研究对象,基于车桥耦合分析模型,利用有限元法和声传递向量法计算分析槽形梁辐射的结构噪声及其特性。利用中心组合试验设计方法,建立槽形梁结构低频噪声优化的响应面模型,利用序列二次算法求出槽形梁结构声学最优的截面尺寸。结果表明:槽形梁结构振动与噪声的峰值频率在63 Hz附近,其与轮轨耦合振动的峰值频率有关,当频率为63Hz时,槽形梁结构噪声的辐射范围最广,衰减最慢。槽形梁结构噪声辐射的主要区域为槽形梁的上部和下部,且槽形梁上部区域的结构噪声大于下部区域。优化后的槽形梁底板厚度为0.294m,腹板厚度为0.244m。优化后槽形梁声场场点的总声压级可降低3dB左右,且面声场的整体降噪效果也较好。     

不同跨径的轨道交通槽形梁声振特性分析

为研究不同跨径的轨道交通槽形梁结构振动与噪声的特性,基于车辆-轨道耦合动力学模型,利用有限元和边界元法分析跨径对槽形梁结构声振特性的影响。研究结果表明:随着桥梁跨径的增大,槽形梁的横向和竖向自振频率都会减小;不同跨径的槽形梁结构振动与噪声的峰值频率都在63 Hz附近;最后分析得出跨度为27 m的轨道交通槽形梁的声学性能最好,这为轨道交通槽形梁的减振降噪设计提供一定的理论参考。     

城市轨道交通桥梁振动及噪声辐射研究

高架结构在轨道交通中的比例愈来愈大,城轨桥梁振动引起的噪声辐射问题也引起越来越多的关注。利用边界元方法对槽型梁、箱型梁及T型梁3种不同截面形式的城轨桥梁的振动噪声辐射进行分析,研究结果表明:在列车荷载作用下槽型梁的位移响应最大,其次为箱型梁,T型梁的位移响应最小;城轨桥梁下部场点的声压级普遍大于上部场点的声压级;距离轨道中心线0~10 m范围内,槽型梁的场点声压级最大,其次为T型梁,箱型梁的场点声压级最小;10~40 m范围内T型梁的场点声压级最大,其次为箱型梁,槽型梁的场点声压级最小;列车的运行参数对结构的振动响应和振动噪声辐射有显著影响。     

轨道交通槽形梁结构振动与噪声特性研究

为研究轨道交通槽形梁结构振动与噪声的特性,基于车辆-轨道耦合动力学模型,利用有限元和边界元法分析槽形梁结构的声振特性,得到槽形梁底板的垂向振动加速度振级和腹板的横向振动加速度振级的峰值频率均为63 Hz;槽形梁结构噪声的线性声压级的峰值频率在31.5~80 Hz之间,且离桥梁的距离越远,场点的最大线性声压级越小。研究结果表明:采用固支边界条件的槽形梁结构自振频率较大,且具有显著的减振降噪效果,结果可为轨道交通槽形梁的结构声学优化提供理论参考。     

高速铁路32m简支槽形梁桥结构噪声分析

运用车桥耦合动力理论并结合基于间接边界元法的噪声分析方法,对高速铁路32m简支槽形梁桥结构噪声的声辐射特性进行研究。结果表明:简支槽形梁的抗扭刚度小,抗扭性能弱;6.3 Hz以下频率的振动噪声主要由梁体的整体振动产生,6.3Hz以上频率的振动噪声主要由梁体构件的局部振动产生,振动噪声受构件的局部振动影响显著,声压级峰值频率为25 Hz;横桥向,随着距桥梁中线距离的增大,场点声压级逐渐变小,距离每增大5m声压级平均降低1.2~2.5dB;梁下区域距桥梁中线15m范围内,行车侧声场声压级大于非行车侧,10m处行车侧场点声压级平均大1.87dB,距桥梁中线25m范围以外,行车侧声场声压级小于非行车侧,30m处行车侧场点声压级平均小1.46dB;底板的声压贡献系数要比腹板和翼板大的多,远场声压主要受底板的影响;地面附近的噪声基本由底板产生;应当有针对性的采取措施改善结构的振动噪声性能。     

轨道交通混凝土桥梁中低频噪声预测方法

提出预测轨道交通桥梁和钢轨中低频噪声的精细化模型:首先,建立3D桥梁和钢轨有限元模型;然后,结合3D车辆-轨道-桥梁耦合振动模型和2.5D声学无限元模型计算列车通过时的桥梁噪声和钢轨噪声。以上海轨道交通某混凝土U梁为研究对象,对桥梁辐射噪声和钢轨辐射噪声的频谱特性和空间分布规律进行了研究,并通过实测对比验证数值计算方法的精度。研究表明:桥梁结构噪声主要在U梁下方的空间起主导作用,而钢轨噪声在U梁上方的贡献更大;在距离轨道交通中心线20m处,两者的声压值基本相当,在噪声预测时桥梁噪声与钢轨噪声的贡献均需考虑。     

城市轨道交通槽形梁对桥上轨道结构声辐射的遮蔽效应研究

城市轨道交通高架线路的声振问题已成为限制其发展的关键因素之一.桥型和材质决定了混凝土槽形梁会对桥上轨道结构的声辐射产生很大的影响.本文利用多体系统动力学软件UM建立地铁车辆-橡胶浮置板-槽形梁耦合动力学模型,求解该系统的动力学特性;以橡胶浮置板的动力学频域响应作为声学边界条件,采用有限元-边界元方法分析了该减振轨道的声辐射特性;在此基础上对比分析橡胶浮置板减振轨道在自由声场与考虑槽形梁腹板遮蔽效应时的声辐射特性,研究槽形梁对桥上轨道结构声辐射传播的影响.研究结果表明:槽形梁遮蔽效应对桥上轨道结构的线性声压级和总声压级等声辐射特性有很大影响;槽形梁能够明显减弱桥上轨道结构在桥下部分范围内的声辐射传播.     

北京地铁5号线高架结构的辐射噪声分析与实验研究

在试验和分析噪声源特性的基础上,对由结构噪声和轮轨噪声引起的高架结构附近的噪声传播规律进行研究,应用声学理论建立列车通过高架桥梁时的噪声预测模型。在北京地铁5号线高架桥梁试验段进行的现场噪声测试结果表明:用模型计算出的声压值与实测值的误差基本控制在5%以内,模型较为真实地反映了轨道交通高架结构附近的声场分布;在高架桥梁任一竖直平面内,较强的噪声级主要集中在桥梁的中部;梯形轨枕轨道具有良好的减振降噪作用,在低频处的振动速度最大值可降低70%以上,结构辐射噪声最大可降低2.4 dB。     

高架轨道轮轨噪声预测分析

随着我国城市轨道交通的快速发展,高架轨道作为一种经济、实用、安全、快速的交通模式,在城市轨道交通建设中得到越来越广泛的运用,但由此带来的振动噪声对周围环境的影响也变得十分突出。通过建立轮轨噪声预测模型,运用有限元法分析箱型梁、U型梁阻抗,对高架轨道轮轨噪声进行预测分析。讨论了桥梁截面型式、行车速度、轨道扣件刚度、桥梁结构阻尼、桥梁支座刚度对高架轨道轮轨噪声的影响。分析结果表明,行车速度和扣件刚度对轮轨噪声有较大影响,在200 Hz以下,轮轨噪声总体上随着扣件刚度的增大而增大;在200~800 Hz范围内,轮轨噪声随着扣件刚度的增大反而减小;在800 Hz以上,扣件刚度对轮轨噪声无明显影响。桥梁截面型式仅在低频部分对轮轨噪声有较大影响,而桥梁结构阻尼、桥梁支座刚度则对高架轨道轮轨噪声影响甚微。     

减振垫刚度变化对U型梁桥系统振动及结构噪声的影响研究

为了研究隔离式减振垫垂向刚度对U型梁桥结构振动及噪声的影响,采用多体动力学和有限元联合仿真的方法建立基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道-桥梁刚柔耦合动力学模型,并将理论计算结果与以往文献对比,验证了模型的有效性。基于该模型计算了减振垫垂向刚度不同情况下的桥梁系统振动及噪声响应。结果表明:随着隔离式减振垫垂向刚度的增大,钢轨和轨道板的振动响应都有不同程度的减小,但桥梁结构的振动响应被放大,轨道结构和U型桥梁的振动幅值先是产生明显变化,随后逐渐趋于平缓;隔离式减振垫垂向刚度增加会增大桥梁结构二次噪声,所以应该选取较小的隔振垫刚度以达到抑制U型梁桥结构二次噪声的目的,但过小的垂向刚度可能会放大40 Hz以内低频区域的结构噪声。综合U型梁桥系统振动及结构噪声的计算结果,考虑到工程成本,用于高架结构的隔离式减振垫垂向刚度取为0.067N/mm~3较为合适。     

高速列车作用下箱梁桥箱内振动噪声分布研究

为解决高速铁路线上箱梁桥日常检查与列车运营之间的冲突,探讨列车正常运行时箱梁内部噪声对日常检查工作造成的影响,桥梁结构振动辐射低频噪声会对检测人员造成极大危害,研究箱梁内部噪声分布有着重要的现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以78 m变截面混凝土箱梁桥作为实体模型,得出箱内瞬态噪声声场特性。分析结果表明,在车桥耦合振动所产生的箱内声辐射噪声分析中,变截面处声压值增大,且列车交汇产生的声压值大于单向行车产生的声压值。当箱内添加吸声材料后,可降低噪声水平,保障检测人员身体健康。     

列车制动对刚构桥上无缝线路梁轨相对位移的影响研究

基于有限元方法建立桥上无缝线路单层弹簧阻力模型,研究了刚构桥及相邻简支梁桥桥墩纵向水平刚度匹配关系对梁轨相对位移的影响。采用铁路上常用的3种跨度刚构桥进行对比计算分析,结果表明,在刚构桥全桥制动时,刚构桥桥墩纵向水平刚度在一个范围内,梁轨相对位移随着刚构桥相邻两侧简支梁桥桥墩纵向水平刚度的增加先降低后增加;小于该范围时,梁轨相对位移随着简支梁桥桥墩刚度的减小而减小;而大于该范围时,梁轨相对位移变化规律与小于该范围的规律相反;并且该刚度范围随着刚构桥总长度的增加而增大。对于60 m+100 m+60 m的刚构桥,上述范围为1 100¹ 400 kN//(cm·双线);当刚构桥桥墩刚度取定为1 100 kN/(cm·双线),简支梁刚度从800 kN/(cm·双线)降低到400 kN/(cm·双线)时,附加伸缩力降低,梁轨相对位移先降低后增加,采用归一化方法处理数据,得出最优刚度取值为455 kN/(cm·双线)。     

城市轨道交通薄壁槽形梁车桥动力特性试验研究

对城轨高架标准跨薄壁槽形梁桥进行现场测试,获得桥梁的频率、振型、阻尼比等自振特性,以及列车通过时桥梁的位移、振幅、应力、加速度响应和车体加速度的测试资料,对其进行的分析结果表明:梁体挠跨比小于规范限值,列车通过时没有发生共振现象,梁体竖向刚度满足要求;梁跨横向基频大于规范值,桥梁横向基频较小,墩顶横向振幅较大,梁体横向刚度满足要求,而桥墩刚度相对不足;道床板和腹板发生局部振动,当设计车速提高时,应注意行车线路和腹板的局部稳定性;梁体总体纵向弯曲动力系数小于规范值,而道床板局部横向弯曲动力系数远大于梁体总体纵向弯曲动力系数;桥面加速度在限值范围内,采用Sperling指标和ISO2631指标评判桥上列车乘坐舒适度均为优秀;薄壁槽形梁适用于轨道交通高架线。     

轨下支承参数对钢轨声振特性影响研究

钢轨辐射噪声是轮轨噪声的主要组成部分,轨下支承参数对钢轨的振动与声辐射有着较大的影响。为研究轨下支承参数对钢轨声振频域特性的影响,基于FEM/BEM方法,建立钢轨振动力学模型和声学边界元模型,分析轨下扣件支承间距、支承刚度和支承阻尼对钢轨声振特性的影响规律。结果表明:扣件支承间距对钢轨的声振特性影响不明显;在20~200 Hz之间,合理大小的扣件支承刚度可以有效地减少钢轨振动与声辐射;合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨振动的频率范围为20~2 000 Hz,合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨声辐射的频率范围为100~1 000 Hz;扣件支承阻尼对钢轨声振特性影响的频域明显要宽于扣件支承刚度。     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型.基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值...     

Test Analysis of the Vibration Response of Trough Girder Bridge in the Small Radius CurveEI北大核心

Research purposes: The bridge in circinate line of Hefei Railway Hub was built in the curve with radius of 300 m. In order to reduce structural height of the bridge across the Huainan railway, the single-line simple trough girder bridge with 32 m span was applied. The lateral vibration of the vehicle and bridge is intensified under the action of centrifugal force, and the torsion effect is obvious when the train running on the bridge in the small radius curve. On the other hand, the torsional rigidity of the trough girder with open section is lower than that of the closed box girder. Moreover, the wheel lateral force and the derailment coefficient is increased, and the reduction rate of wheel load is also increased owing to centrifugal force caused by unbalanced superelevation. In order to ensure the safe and smooth operation of the train and reveal the dynamic performance of the trough girder bridge in the small radius curve, the vibration response of the single-line trough girder bridge is tested and analyzed. Research conclusions:(1) The measured vertical and horizontal fundamental frequencies of the trough girder bridge are obviously larger than the vertical self-vibration frequency limit given by the relevant specification and the normal value of the measured transverse minimum natural vibration frequency. The lateral stiffness of the bridge is mainly controlled by its foundation stiffness. (2) The stiffness of the bridge can meet the requirements of C62 freight train safe running on the trough girder bridge in the curve with radius of 300 m at a speed of not more than 40 km/h. (3) The transverse vibration response of the bridge consists of the transverse static response of the structure caused by the centrifugal force and the lateral dynamic response caused by the coupling vibration of the vehicle-bridge system. (4) The research results can be referenced in the design of the railway bridge in the curve and coupled vibration analysis of trains and bridge in the small radius curve. © 2018, Editorial Department of Journal of Railway Engineering Society. All right reserved.