铁路声屏障风荷载体型系数研究

鉴于现行国家规范对铁路声屏障的风荷载体型系数没有明确的规定,采用CFD流体动力学计算软件、风洞模型测压试验和风洞模型测力试验3种方法,系统研究分析桥梁上、路基上声屏障的风荷载体型系数,比较分析2种不同高度的声屏障设置在线路上风侧、线路两侧和线路下风侧等工况时对其风荷载体型系数的影响.研究结果表明:在计算声屏障风荷载时,如果按照矩形构件的体型系数及风压分布取值,可能会低估声屏障的风荷载数值,声屏障设置的位置对其风荷载体型系数的影响很大,而声屏障的高度对其风荷载体型系数的影响则较小;在对桥梁和路基的声屏障进行结构设计时,建议桥梁声屏障的风荷载体型系数取1.65,路基声屏障的风荷载体型系数取1.99.     

高速铁路不同高度声屏障的降噪效果分析

为探究不同高度声屏障对高速铁路噪声的降噪效果,采用有限元软件ANSYS并参照武广高铁相关试验段建立声屏障降噪模型。采用声学分析软件SYSNOISE仿真研究3,4,5和6m这4种不同高度直立型反射声屏障的降噪效果。结果表明:在与声屏障法线方向平行且距离轨面1.5和3.5m高的平面内,声屏障高度从3m增加到4m对降噪效果的提高有限,再从4m增加到5m降噪效果显著提高,而声屏障高度超过5m后对降噪效果的继续提高也不明显;在与声屏障法线方向垂直且距离轨道中心线30m的平面内,随着声屏障高度的增加,在距地面15m高以下区域,声屏障高度的变化对噪声级影响较大,但超过此范围影响不大。噪声衰减与声屏障高度并非简单的线性关系,在同时考虑降噪需要和声屏障成本的情况下,高速铁路路基区段声屏障的合适高度为4~5m。     

380km/h高速列车脉动风荷载仿真分析

针对高速铁路声屏障的高速列车脉动风荷载问题,介绍既有研究资料,并进行高速列车以350km/h,380 km/h的速度通行声屏障区域的CFD计算分析.结果表明,350 km/h速度下最大风压力为1 474 Pa,380 km/h速度下最大风压力为1 707 Pa.声屏障底部承受的风荷载最大,并沿高度向上先缓慢减小至声屏障一半高度后较快减小.沿纵向,声屏障的脉动风压在列车入口处最小,沿着列车前进方向50 m处迅速增大,后稍减小并在100 ～400 m处保持平稳.     

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。     

重载铁路声屏障降噪效果试验分析

测试列车通过一重载铁路路基区段时声屏障的插入损失值,分析不同牵引质量(5 000,8 000,12 000 t)和不同试验列车速度(60~100 km/h)3种声屏障的降噪效果和插入损失的频域特性。对首次在重载铁路中应用顶端降噪技术的干涉型声屏障的降噪效果进行了测试与分析。结果表明:声屏障的插入损失随列车速度的增加总体上呈减小的趋势;高声屏障高度由3.0 m增加至4.5 m,插入损失增加4.0 d B(A)以上;声屏障加装顶端降噪器,插入损失增加2.0 d B(A)以上;声屏障顶端降噪器对中低频噪声降噪效果显著,可有效提高声屏障工程总体降噪效果。     

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。     

高速铁路声屏障通透隔声板选型设计研究

声屏障通透隔声板是高速铁路声学构件常见类型之一,作为轨旁设施长期承受列车气动荷载,其选型设计是否正确直接影响铁路运营安全。在声屏障通透隔声板选型设计过程中,还存在通透材料抗荷指标未按使用工况进行明确,忽视通透材料厚度设计等问题。为解决上述问题,首先对声屏障通透隔声板通透材料的隔声量、燃烧性能、抗荷性能和抗冲击性能等指标进行分析,给出不同使用场景和不同速度目标值下,玻璃和亚克力等常用通透材料的选用建议;再通过高速铁路通透声屏障列车气动荷载、限制性风速荷载和自然风荷载的取值和工况组合分析,提出声屏障通透隔声板不同工况下的变形抗荷指标、断裂抗荷指标和疲劳抗荷指标;此外,通过对声屏障通透隔声板隔声量、抗冲击性能和挠度的研究,给出不同工况下型材尺寸和不同通透材料厚度。研究表明,常规尺寸的夹层玻璃通透板厚度由抗冲击性能控制,建议其厚度≮(10+0.76+10) mm,台风地区桥梁地段2 000 mm×1 960 mm规格夹层玻璃厚度建议增加至(11+0.76+11) mm。亚克力材料厚度与通透隔声板尺寸有关,500 mm×1 960 mm小尺寸规格亚克力隔声板通透材料厚度由抗冲击性能控制,建议其厚...     

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。     

基于NSGA-Ⅱ算法的高速铁路声屏障高度多目标优化

为探究高速铁路声屏障高度的多目标优化问题,基于声屏障降噪理论,利用声-振分析软件SYSNOISE计算不同高度声屏障的插入损失。基于非定常、三维、不可压缩N-S方程和k-ε方程湍流模型,利用FLUNT软件,计算不同高度直立型声屏障的最大有效正压力。以插入损失和最大有效正压力为优化目标,声屏障高度作为设计变量,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到Pareto分布优化解集,对高速铁路声屏障高度进行优化设计,可为高速铁路声屏障高度设置提供更多权衡选择方案。     

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。     

高速铁路列车荷载图式对400 km/h动车组的适应性研究

本文对我国高速铁路列车荷载图式的制定背景、原则及考虑的运营列车进行调研分析.选择常用跨度桥梁,对不同速度等级下高铁动车组的动效应进行计算,并与列车荷载图式动效应进行比较分析,进而得出列车荷载图式对不同速度等级高速铁路动车组的适应性.针对在设计规范基频取值条件下,考虑动效应后列车荷载图式无法适应运营400 km/h动车组...     

高速铁路运营期桥梁声屏障气动效应变化规律

为了掌握我国高速铁路长期运营后声屏障结构动力响应性能变化情况,更好地进行运营期声屏障的安全评估和高速铁路桥梁声屏障设计,通过现场试验及与运营初期的数据对比,得到运营期动车组高速通过时桥梁声屏障气动荷载及结构动力响应的变化规律.结果表明:动车组高速通过时声屏障结构表面承受气动荷载显著;列车风压对声屏障不同位置的变形和应力...     

离心力折减及荷载组合的探讨

针对列车运行速度的提高,离心力应考虑折减。对换 算均布荷载比值与离心力计算折减系数取值,标准设计24m+ 24m跨度组合,半径为1350m,速度为160m/h,墩高30m处 截面在不同工况的偏心设计进行比较,得出四点结论。     

铁路声屏障设计综述

研究目的:高速铁路和普速铁路在噪声源组成、位置及传播特性上均有所不同,高速铁路声屏障结构因受列车运行脉动力作用下的疲劳影响,声屏障结构设计有别于普速铁路。本文通过研究高速及普速铁路声源特性、作用于高速铁路声屏障的气动压力和声屏障结构的动力响应,旨在提高铁路声屏障降噪效果和结构安全性。研究结论:(1)普速铁路声屏障等效声源位置为轨面以上0. 5 m,客货列车的等效频率分别为500 Hz、1 000 Hz;高速铁路声屏障等效声源位置为轨面以上0. 6 m和3. 3～4. 9 m,等效频率为1 250 Hz;(2)高速铁路声屏障设计应考虑脉动气压力作用下的疲劳影响,声屏障单元板与H型钢立柱宜采用直插式,H型钢立柱与基础的连接螺栓应采用高强度螺栓并采取防松动措施;(3)声屏障的设置不能影响铁路线路的维护维修、路基排水,距接触网带电体5 m范围内的声屏障金属构件必须接入综合接地系统;(4)本研究结论可为铁路声屏障设计提供指导和借鉴。     

高速铁路路基体计算中的列车荷载模拟问题研究

在室内试验以及秦沈客运专线试验段路基动力响应实测数值的基础上，用分段线性函数近似代替实际测试得到的较为复杂的路基表层应力曲线，构造出作用于基床表面，适用于动力效应计算的列车荷载函数。改变少许参数即可以模拟不同速度、不同轴重、不同车长的列车作用荷载。使用此种荷载函数，可大大简化应用有限元方法对不同形态、不同构造路基的动应力和动应变计算，为高速铁路路基的设计、施工提供参考。     

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。     

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。     

高速铁路桩网复合地基低矮路基动静荷载传递特性研究

在某高速铁路低矮路基DK849+557和DK849+575断面(路基高度3.0m和3.2m)进行了路基填筑试验和现场原位1∶1动载模拟试验。路基填筑试验表明,静态填筑荷载应力基本符合半球形理论假设,桩间土应力实测值与计算结果较为一致。550万次模拟动载试验表明,整个过程中路基不同深度处静态应力、动态应力和动变形水平略有波动,土拱基本处于稳定状态;动应力在路基土拱中基本按照均质体进行传递;提出了路基面动荷载引起CFG桩桩网复合地基桩间土应力采用Boussinesq公式进行计算的方法。     

考虑防撞墙影响的高速铁路桥梁声屏障及翼缘板上脉动力数值分析

以可压缩黏性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型为基础,考虑防撞墙对空压的影响,采用计算流体力学软件PHOENICS,对高速列车行驶时作用在有防撞墙铁路桥梁声屏障和箱梁翼缘板上的脉动力分布进行数值分析.结果表明,列车车头驶入声屏障、经过声屏障中部区域和驶出声屏障时,声屏障各处脉动力时程曲线形式不同,脉动力沿声屏障高度的分布为先增大后减小,约在1/2声屏障高度处达到最大值;桥梁翼缘板上的脉动力峰值沿横桥向基本呈线性增大至防撞墙处;声屏障和桥梁翼缘板上的脉动力峰值与列车速度的平方呈线性关系.根据分析结果给出了脉动力峰值计算公式以及考虑脉动力的结构设计组合荷载.