城市高架軌道箱形梁產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲研究項目摘要

主要研究城市高架軌道的箱形梁在列車運行中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)噪聲問題。根據(jù)結(jié)構(gòu)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，首先運用彈性動力學(xué)的方法,將軌道簡化為Euler梁，計算移動荷載作用下Euler梁的動力響應(yīng)；將橋梁簡化為在固定點處承受變化荷載的簡支梁，求得橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率，從而進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)噪聲的頻率范圍。然后通過現(xiàn)場實測的橋梁振動頻率驗證理論計算的結(jié)果。運用有限元的方法對箱形梁進(jìn)行建模，并求出各節(jié)點的應(yīng)變和位移，然后將所得 2100433B

在城市高架軌道交通發(fā)展過程中，列車通過時產(chǎn)生的橋梁振動噪聲問題逐漸為人們所重視。這種低頻結(jié)構(gòu)噪聲對人的煩勞度、注意力、反映時間及語言交流都有不利影響，但是相對輪軌噪聲而言研究較少。對此，我們提出了基于時域車軌橋耦合振動計算和頻域邊界元波動聲學(xué)計算的橋梁低頻結(jié)構(gòu)噪聲數(shù)值預(yù)測新方法，并進(jìn)行4次現(xiàn)場測試及驗證工作。首先，采用香港青馬大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)對25Hz以內(nèi)橋梁振動響應(yīng)的計算可靠性進(jìn)行了檢驗；其次，采用上海軌道交通30m跨度U形梁現(xiàn)場振動測試結(jié)果對125Hz以內(nèi)橋梁振動響應(yīng)的計算可靠性進(jìn)行驗證；其后，采用30m跨度U梁現(xiàn)場噪聲測試結(jié)果對200Hz以內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲計算可靠性進(jìn)行檢驗；最后，采用25m跨度U形梁現(xiàn)場振動、噪聲同步測試對500Hz以內(nèi)的振動、噪聲計算精度進(jìn)行分析?；谒岢龅臄?shù)值仿真計算方法，我們隨后研究了橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造、截面尺寸以及軌道結(jié)構(gòu)形式對橋梁結(jié)構(gòu)聲輻射的影響，結(jié)果表明：橋梁結(jié)構(gòu)噪聲由各板件的高階彎曲振動引起，減小跨度或者增加橋墩處約束不能有效減小梁體輻射的噪聲；增加板厚對降低U形梁結(jié)構(gòu)噪聲影響較小，設(shè)置U梁加勁肋效果稍好，但遠(yuǎn)不及設(shè)置梯形軌枕或浮置板軌道結(jié)構(gòu)達(dá)到的減振降噪效果噪聲；箱形梁的結(jié)構(gòu)噪聲一般小于U形梁。此外，我們對橋梁結(jié)構(gòu)噪聲產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了探討： U形梁底板振動對結(jié)構(gòu)噪聲起主導(dǎo)作用，腹板的貢獻(xiàn)較弱，箱形梁底板對近場聲壓貢獻(xiàn)較大而頂板對遠(yuǎn)場聲壓貢獻(xiàn)顯著；混凝土橋梁高頻振動及輻射的低頻結(jié)構(gòu)噪聲主要頻率在30-100Hz之內(nèi)，且這一頻率與支撐在軌道結(jié)構(gòu)之上的輪對的豎向基頻相吻合，減振降噪應(yīng)主要從減小輪軌短波粗糙度、優(yōu)化軌道結(jié)構(gòu)著手。 2100433B

橋梁結(jié)構(gòu)噪聲是高架軌道交通主要低頻噪聲來源，它容易引起人的煩惱，且難以從傳播途徑上控制。本課題從橋梁局部振動入手探討結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測方法與控制策略。采用有限元法和模態(tài)疊加法建立列車-軌道-橋梁耦合振動模型，求解500 赫茲內(nèi)橋梁局部振動響應(yīng)。基于波動聲學(xué)方法建立以橋梁和大地為邊界的聲場模型，以局部振動響應(yīng)為聲學(xué)邊界條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)噪聲時域求解。依托上海城軌現(xiàn)場實測，驗證局部振動與結(jié)構(gòu)噪聲數(shù)值計算結(jié)果，并修正相應(yīng)計算模型，確保計算可靠性。在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)值計算與理論分析相結(jié)合的方法，研究局部振動與結(jié)構(gòu)噪聲各自特性。然后對結(jié)構(gòu)噪聲與局部振動的相關(guān)性以及影響結(jié)構(gòu)噪聲的參數(shù)敏感性進(jìn)行分析，探明車輛動力特性、車速、軌道不平順、軌道結(jié)構(gòu)以及橋梁特性對結(jié)構(gòu)噪聲的影響機(jī)理和影響程度，并揭示影響結(jié)構(gòu)噪聲的關(guān)鍵參數(shù)。進(jìn)而有針對性地提出結(jié)構(gòu)噪聲優(yōu)化控制策略與概念設(shè)計方法。其成果可為結(jié)構(gòu)噪聲的預(yù)測與控制開辟新思路。

對城市噪聲的系統(tǒng)研究，開始于1930年美國紐約市的噪聲調(diào)查。50年代以來，由于工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸?shù)拇笠?guī)模發(fā)展，日本、美國和西歐一些國家不僅進(jìn)行了城市噪聲的調(diào)查，而且制定了城市環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)和管制法令。近年來，對于城市噪聲的評價方法和預(yù)測作了較為深入的研究。中國對城市噪聲的調(diào)查和研究開始于1973年，主要是進(jìn)行交通噪聲、區(qū)域環(huán)境噪聲的調(diào)查和測量方法的研究。到1981年末，全國已有北京、上海、天津、長沙等40多個城市進(jìn)行了噪聲的調(diào)查,有的城市還制定了城市環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)和噪聲管制法令。