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。     

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。     

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。     

高速铁路噪声源区划及各区域声源贡献量分析

研究高速铁路噪声源区划方法并分析各区域声源贡献量,对高速铁路噪声治理有重要意义。基于高速铁路噪声源辨识现场测试,分析得到噪声源的位置和幅值。将噪声源按高度划分为轮轨区、车体下部、车体上部、集电系统和桥梁结构等5个区域,进一步将车体上部沿线路方向划分为车头区和非车头区,将集电系统区域沿线路方向划分为受电弓区和接触网区。根据声波能量叠加原理计算每个区域噪声源辐射功率,研究各个区域声源贡献量。分析结果表明,列车以300 km/h运行时,轮轨区噪声占48%,车体下部噪声占25%,合计占总噪声的73%,对高速铁路辐射噪声起主导作用。     

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。     

基于地理信息系统的高速铁路噪声地图绘制技术

为推动噪声地图在高速铁路噪声管理中的应用,研究噪声预测模型与地理信息系统(GIS)相结合的高速铁路噪声地图绘制技术。首先,根据高速铁路噪声源分布特征和线路结构特征,优化高速铁路多等效声源预测模型和声屏障插入损失计算方法;其次,在GIS软件中搭建某高速铁路三维地理信息模型,二次开发基于该模型的铁路噪声预测技术;然后,进行离散节点的噪声计算,并通过空间插值绘制连续的噪声分布地图。研究结果表明:采用该技术绘制的我国某高速铁路噪声地图与实测结果对比误差小于1 dB(A),验证了该高速铁路噪声地图的准确性和实用性,可作为铁路噪声管理部门制定噪声控制对策的参考依据。     

基于遗传算法与边界元理论的声屏障优化

针对由高速铁路、高速公路等引起的交通噪声,运用成本效益分析法对声屏障的组合结构形式进行优化,并进行模型试验。结果表明:声功率插入损失随着声屏障高度的增加而增大,当声屏障高度达到2.8 m时,其效益价值比达到最大;复合型声屏障内外侧均出现插入损失极值区,优化后的复合型声屏障插入损失比吸声型声屏障高2 dB(A);T形折壁型声屏障降噪效果优于直壁型声屏障,其插入损失比直壁型声屏障高1.1 dB(A)。试验实测声屏障的插入损失分布规律与理论计算基本一致,复合型声屏障实测插入损失较最大值偏离1.3 dB(A),离散程度为1.89%,T形声屏障实测插入损失较最大值偏离1.6 dB(A),离散程度为2.28%。     

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。     

高速铁路轮轨滚动噪声预测计算模型研究

基于我国高速铁路噪声源定量化识别分析结果,研究不同速度条件下动车组主要噪声源分布及变化规律,发现列车高速运行时轮轨噪声和气动噪声均为主要噪声源,且2种声源存在严重混叠,既有测试技术无法有效区分。针对既有轮轨噪声计算时声源过度简化问题,利用1∶1全尺寸高速轮轨滚动试验台开展从100 km/h提速至350 km/h的滚动噪声试验,研究纯轮轨激励条件下声辐射特性,构建反映轮对运动轨迹、相干声源特性的轮轨滚动噪声预测模型。现场试验表明,模型预测值和现场实测值在关键频带一致,列车通过等效连续A声级的预测值和实测值之差小于0.5 dB(A),模型精度良好。     

基于视觉信息的高速铁路声屏障景观量化分析探讨

高速铁路声屏障是减少运营噪声的有效措施,但声屏障的设置会产生“廊道效应”,对乘客产生视觉和心理上的负面影响。本文将高速列车乘客在旅途中的视觉信息作为分析目标,将声屏障的景观特性细化为空间特性和视觉特性,并系统阐述空间特性和视觉特性的具体评判和量化方法。借助数字摄影和图像处理技术,对已建高速铁路不同声屏障的景观指标数据进行计算,并以此构建高速铁路声屏障景观层次灰色分析模型,实现对不同声屏障景观特性的量化评判。在此基础上,给出高速铁路声屏障景观选型的方法和建议。     

芜湖至火龙岗左绕行线声屏障工程降噪效果调查

目前尚无铁路声屏障声学设计和测量规范。用插入损失法对芜湖至火龙岗左绕行线声屏障工程降噪效果进行了测量及评价。监测结果表明,该声屏障工程取得了明显的降噪效果,达到设计要求。     

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。     

冲压机械振动对高铁桥梁及行车动力影响分析

高速铁路桥梁的平顺性和稳定性对运营列车的平稳性和安全性有很大影响。为研究冲压机械产生的外部振动激励对高铁桥梁的影响,首先通过对此机械引起的地面振动进行实测,并结合有限元分析软件,确定最大冲击荷载作用下产生的地面振动及传播至桥墩处的振动;然后通过建立列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,将桥墩处的地面振动作为激励输入,分析列车以不同速度通过时车辆、桥梁动力学响应。结果表明:地面冲击振动有限元模型计算结果与实测结果基本相符,验证了模型的可靠性;地面振动对桥梁响应会产生一定的影响,距振源50 m处地面振动对桥梁所产生的影响较距振源80 m处(桥墩处)的大,但对运行车辆的影响很小;随着车速由250 km/h至350 km/h,车辆及桥梁各结构的动态响应均有所增大,但都未超出安全限值。因此,冲压机械冲击作用导致的地面振动对列车-轨道-桥梁系统动态服役性能影响非常有限。     

高速铁路噪声计算方法

根据离开轨道中心15m处高速铁路的噪声暴露声级,通过引入地面衰减、屏障衰减和房屋建筑及树木的附加衰减参数,建立噪声理论分析模型。导出预测高速铁路牵引噪声、轮轨噪声和空气动力噪声的理论计算式。对秦沈客运专线铁路噪声进行了预测。经与实测数据进行对比,数据吻合良好。     

基于SIMPACK的钢桁梁斜拉桥车-桥系统动力性能分析

为研究铁路高速化、重载化引起的车-桥系统耦合动力问题,以新建南广客运专线郁江双线主跨228 m钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元软件ANSYS建立桥梁的动力模型并进行子结构分析、模态分析;采用多体动力学通用软件SIMPACK建立CRH2动车组模型,通过读取桥梁模态信息,在SIMPACK中实现列车与桥梁的数据交换,最终实现车-桥系统动力性能分析。对分析结果进行评估,结论为:当CRH2动车组以设计速度200km/h通过该桥时,列车走行性具有"优良"的动力性能;以基础设施预留250km/h的速度通过该桥时,除了列车横向总体舒适性指标为"良好"外,其余列车走行性具有"优良"的动力性能。这说明桥梁能提供足够的刚度,满足高速列车运行的高平顺性要求。     

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.     

高速铁路跨度40m与32m简支箱梁建造技术对比研究

为了对高速铁路跨度40 m和32 m简支箱梁建造技术进行对比分析,分别建立5跨40 m和32 m简支箱梁计算模型,从结构动力特性、车桥耦合动力响应两个方面,对两个计算模型进行对比研究,最后以一项工程实例为背景,从经济性角度对40 m和32 m简支箱梁方案进行对比。结果表明:对于5跨40 m和32 m简支梁计算模型,40 m简支梁模型的自振频率偏低,而梁体横向加速度和梁体位移比32 m简支梁模型偏大;墩高变化对两个计算模型的梁体横向加速度和横向位移的影响规律保持一致;对于25 m左右墩高的桥梁,采用40 m简支梁进行方案设计时,工程总造价比32 m简支梁方案偏低1.2%,并且下部工程造价明显低于32 m简支梁方案,墩高越高,这一优势越明显。