高速铁路桥梁全封闭声屏障结构噪声特性

开展了高速铁路桥梁和桥梁-全封闭声屏障典型结构断面的振动和噪声测试,建立了高速铁路桥梁-全封闭声屏障系统结构噪声的快速多极边界元法(FMBEM)数值预测模型,深入分析了板件的车致振动与结构噪声辐射的相关性和时频特性,并以此验证了FMBEM数值预测模型求解结构噪声的准确性;对比分析了有、无全封闭声屏障工况下32 m简支箱形梁桥结构噪声的空间和频域分布特性,并比较了FEBEM与边界元法(BEM)的计算效率。分析结果表明：桥梁-全封闭声屏障系统板件的振动与噪声的频谱分布规律基本一致;受全封闭声屏障隔声作用和梁体遮蔽作用的影响,距箱梁底板表面0.3 m处测得的噪声信号基本反映了底板的结构噪声特性,其余测点则不同程度地受到其他板件或轮轨系统辐射噪声的影响;计算与实测噪声的幅频特性吻合较好,峰值处计算误差在1.5 dB以内;全封闭声屏障的安装导致桥梁板件的振动和结构噪声均减小,也改变了桥梁周围的声场分布特性,桥梁板件表面场点的总声压级降低了0.8 dB,梁体下方地面场点总声压级增大了4.1~9.4 dB;梁体斜上方场点总声压级增大了9.6~18.1 dB,桥梁-全封闭声屏障结构顶部局部区域的结构噪声比无声屏障的桥梁大12.4 dB以上;FMBEM计算耗时为传统BEM的1/3,计算更为高效。     

城市轨道交通振动与噪声

随着经济的发展, 城市轨道交通的振动和噪声问题越来越引起人们的重视。叙述了轨道结构振动的产生原因及环境振动的评价指标, 分析了铁路噪声的组成及对环境噪声的评价标准。通过对国内外资料的分析, 认为轮轨噪声是城市轨道交通噪声的主要组成部分, 要对轨道交通减振降噪, 降低轨道结构的振动是关键。最后提出对轨道交通减振降噪的一些建议。     

高速铁路箱梁桥-声屏障结构振动噪声初探

声屏障是轨道交通重要的降噪措施之一,但在列车经过时声屏障同样会产生振动成为向外辐射噪声的声源.以内折型声屏障为研究对象,将其简化为适用于声学计算的板壳单元,通过建立高架线路结构的有限元模型,以中国高速铁路无砟轨道谱作用下的声屏障以及箱梁桥-声屏障的动力学响应作为声学边界条件,基于有限元-边界元理论分别求解单独声屏障和箱梁桥-声屏障的声辐射特性,初步探究了声屏障对高架路段结构声辐射的影响,在此基础上进一步考虑了地面反射的作用.研究结果表明:声屏障的振动形式主要表现为水平局部振动以及垂向整体振动,水平局部振动对自身结构噪声辐射的影响最大,其结构噪声集中在0～180 Hz的低频段,与桥梁结构噪声频率范围重合度较高;桥梁上安装声屏障后的振动分布发生明显地改变,使得声压在部分频段内降低,周围声场的分布也发生了明显变化而且总体上声压增加了1～2 dB;刚性地面的反射会使整个声场的声压增大,声压增加值最大可达5 dB.因此,声屏障对高架线路的整体结构声辐射能够产生很大的影响,考虑地面反射的作用后更加显著.     

城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨噪声特性

为研究城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨前后列车通过时段噪声变化规律,以敷设了阻尼钢轨的广州某高架线路为研究对象,通过对高架线路敷设阻尼钢轨前后轨道旁、距行车轨道中心线7.5和30 m处测点进行现场噪声试验,分别从时域统计、频谱和插入损失等方面分析了高架线路改造全过程,包括换轨前、换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后列车通过时段噪声变化规律。分析结果表明：换轨和敷设阻尼钢轨作为源头上的降噪措施具有一定的降噪效果,噪声源强处2种措施分别降噪1.1、2.9 dB(A),敷设阻尼钢轨能降低钢轨Pinned-Pinned振动辐射产生的噪声;换轨前高架线路列车通过噪声能量主要集中在100~3 000 Hz,分别在100~125 Hz和2 000 Hz附近出现第1、2个峰值,换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后的列车通过噪声能量主要集中在500~2 000 Hz,峰值频率出现在800 Hz附近;高架线路整个施工改造过程中60 Hz以下低频噪声变化较小,60 Hz附近的频率为轮轨系统的固有频率,高架线路改造并未使轮轨系统固有特性发生较大改变;敷设阻尼钢轨运营半年后相比刚敷设阻尼钢轨时,在距轨道中心线7.5和30 m处,1 000 Hz以上高频噪声变化较小,桥梁局部结构振动产生的辐射噪声(100~300 Hz)出现了一定的增大。     

城市轨道交通列车车外噪声特性

基于统计能量分析(SEA)和半无限流体方法,建立6节编组的B型列车车外噪声预测仿真模型;通过试验提取车体SEA模型的振动激励和轮轨噪声激励,施加给车体并计算分析了车外噪声特性;以中国某城市轨道交通列车通过噪声试验对模型进行验证,并探讨了列车各板单元和轮轨噪声声源对车外场点声压的贡献量。研究结果表明：统计能量分析和半无限流体方法能够准确预测车外噪声,计算效率为常规方法的14.1倍;车速为60 km·h^-1时,车外7.5和30.0 m处噪声显著频段为400~1 600 Hz,声压级随频率升高先增大后缓慢下降,其变化趋势和轮轨噪声变化趋势一致,最大幅值频率集中在800 Hz处,最大值分别为64.88、61.75 dB(A);车外噪声贡献量由大到小依次为轮轨噪声、车窗、侧墙、车门、底板、顶板、端墙;车体振动辐射噪声在低频段的贡献较大,在中心频率为20~100 Hz时,车外噪声主要来源为车窗、侧墙,其贡献率分别达到21.2%和19.2%;在中心频率为100~500 Hz时,车体各板及轮轨噪声贡献率差异较小;在中心频率为500~5 000 Hz时,车体各板块的贡献率呈缓慢下降趋势,轮轨噪声的贡献率随频率升高逐渐增加,在2 000~5 000 Hz的1/3倍频带内达到60%以上。     

基于瞬态边界元法的箱梁声辐射

为进一步开展桥梁结构噪声的研究,基于有限元-瞬态边界元法理论,对铁路32 m简支箱梁桥进行了时域振动响应及声辐射特性分析.首先,利用有限元软件ANSYS建立轨道-桥梁有限元模型;然后,运用车-线-桥仿真程序(TTBSIM),仿真计算得到轮轨相互作用力,并作为有限元模型的外部激励进行了列车动荷载作用下桥梁的时域振动响应分析;最后,以桥梁振动响应为边界条件,利用声学边界元软件Sysnoise研究分析了由列车动荷载引起的桥梁瞬态辐射噪声,并将测点声压计算值与实测值进行了对比验证.研究结果表明,200 km/h高速列车作用下桥面板振动级明显大于桥底板和桥梁腹板,桥梁主要噪声辐射部位为桥面板;桥梁结构噪声主要集中于低频段;随距离增加,噪声幅值逐渐减小,且高频噪声衰减速度明显快于低频噪声.      

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。     

双块式无砟轨道-箱梁结构振动与噪声参数影响分析

以跨度为32m的简支高架箱梁为研究对象,利用有限元法与间接边界元法相结合,分析了德国低干扰轨道谱激励下不同参数对双块式无砟轨道高架箱梁结构噪声的影响.结果表明:扣件刚度对钢轨的振动位移和箱梁底板的振动加速度影响较大,对高架箱梁结构噪声的影响主要在32Hz以下;行车速度对钢轨的振动加速度和箱梁底板的振动位移影响较大,对高架桥梁结构噪声的影响比较强烈,而且距离线路中心线距离越远的场点,其所受车速影响越大.     

城市轨道车轮结构振动-声辐射一体化优化方法

为了降低城市轨道车辆的车轮结构噪声,以服役的双S型辐板车轮为研究对象,建立了考虑振动与声辐射融合的城市轨道车轮结构噪声优化模型,获得了一种自上而下呈不等厚特征辐板的新型降噪车轮廓形,提出了以轨道车轮辐板区域为设计域的车轮结构振动-声辐射一体化优化方法;将整个辐板区域确定为设计域,分别设定编码规则、选择规则、交叉规则和变异规则,使振动-声辐射优化目标函数逐渐收敛,从而进化为较优的降噪车轮廓形,实现轨道车轮振动-声辐射结构优化设计;利用成熟有限元工具获得优化车轮的静强度、疲劳强度和振动声辐射性能,进一步验证双S型辐板车轮新型结构噪声优化结果的有效性和可靠性。研究结果表明：车轮结构振动-声辐射一体化优化方法适用于降噪车轮的结构廓形优化,优化后车轮峰值声功率级较原双S型辐板车轮降低了4.26 dB(A),在0~5 000 Hz频段范围内声功率级峰值处降噪效果明显;从辐板结构特征上看,双S型辐板车轮的辐板由优化前的基本等厚辐板进化为不等厚辐板,车轮辐板的不等厚特征有利于降低车轮的声辐射水平,从车轮的经济和降噪性能兼顾的角度,建议采用不等厚辐板车轮廓形作为轨道车轮降噪模型。     

扣件胶垫黏弹性对铁路箱梁振动与结构噪声的影响

以高速铁路WJ-7B型扣件胶垫为研究对象,通过动态力学性能试验测试了扣件胶垫在不同温度下的动力性能;结合温频等效原理、Williams-Landel-Ferry方程和高阶分数导数FVMP模型表征了扣件胶垫的黏弹性力学特性;将该模型代入建立的桥梁振动与结构噪声预测有限元-边界元模型,并与Kelvin-Vogit模型对比来分析扣件胶垫黏弹性对箱梁振动和结构噪声的影响。研究结果表明：扣件胶垫黏弹性表现为动参数的温频变特性,刚度与频率正相关,与温度负相关,阻尼与频率和温度均负相关,阻尼在1~100 Hz内变化明显,在100 Hz以上变化较小;扣件动参数测试值与高阶分数导数FVMP模型拟合值吻合良好,采用高阶分数导数FVMP模型可以准确描述扣件在宽温宽频下的动态黏弹性力学行为;仅考虑扣件胶垫频变特性时,桥梁在25~63 Hz振动加剧,在80~200 Hz振动减弱,在峰值频率63 Hz处顶板、腹板和底板的加速度振级分别增大5.62、0.91和2.94 dB,桥梁横桥向各板垂向近场点和梁底下方靠近地面处声辐射明显增大;同时考虑扣件胶垫温变与频变特性时,随着温度的降低,桥梁在31.5~50.0 Hz振动不断减小,在63~200 Hz振动不断增大,桥梁横桥向在顶板斜上方、腹板和底板垂向近场点和梁底下方靠近地面处声辐射减小,温度从20 ℃降到-20 ℃时,总体声压级最大降低了2 dB左右;忽略扣件胶垫黏弹性会导致桥梁振动和结构噪声预测产生偏差,仿真分析时应考虑扣件胶垫的黏弹性,以提高预测的准确性。     

轨道交通桥梁结构噪声研究综述

针对运行列车引起的轨道交通桥梁结构噪声问题,总结了国内外轨道交通桥梁结构噪声的辐射特性、预测方法、产生机理、控制措施及工程应用等方面的研究成果,展望了未来的研究重点和发展方向。研究结果表明：轨道交通桥梁结构噪声主要集中于200 Hz以下的低频段,峰值一般出现在40~100 Hz;如何使用更先进的声源识别技术将桥梁结构噪声从综合噪声中分离出来,是准确分析桥梁结构噪声频谱特性和空间分布特性的关键;现有的桥梁结构噪声预测方法包括声学边界元法、统计能量分析等,声学边界元法的计算效率较低,统计能量分析主要用于钢桥噪声预测,发展大跨度混凝土桥梁结构噪声预测方法是当务之急;桥梁结构噪声峰值主要与桥梁结构的中高频局部振动特性和轮轨系统输入到桥梁结构的振动能量有关,桥梁的中高频局部振动特性对声辐射特性的影响机理尚未形成统一认识;目前常用的桥梁结构噪声控制措施有轨道减振措施和桥梁减振措施2类,桥梁减振措施对结构噪声的控制效果一般,轨道减振措施虽然能够有效降低桥梁结构噪声辐射,但同时可能引起轮轨噪声与道床二次结构噪声的增大,建议在保证经济性的条件下,综合运用各种控制措施,以取得最优的降噪效果。     

城市轨道交通高架钢轨波磨地段振动噪声试验

为探明城市轨道交通高架钢轨波磨地段振动噪声对沿线环境的影响,以某城市轨道交通高架钢轨波磨地段为研究对象,开展了列车以不同速度通过时的振动与噪声现场测试;基于测试结果分析了车速对城市轨道交通高架振动与噪声的影响,研究了城市轨道交通高架噪声的空间分布特性,解释了城市轨道交通高架钢轨波磨地段振动与噪声峰值产生的原因。研究结果表明：当列车分别以20、40、60、80、100和110 km·h^-1的速度通过城市轨道交通高架钢轨波磨地段时,距线路中心线7.5 m、高于轨面1.2 m处的声压时程峰值分别约为0.6、0.9、1.3、1.9、2.3和3.3 Pa;轨面以上区域主要受轮轨噪声的影响,而梁体下方区域则主要受桥梁结构噪声的影响;轮轨噪声与车速之间存在着很强的线性相关性,而桥梁结构噪声与车速之间的线性相关性则略低,车速每增大10 km·h^-1,轮轨噪声和桥梁结构噪声分别约增大1.7和1.1 dB;不同车速下城市轨道交通高架噪声随距离的衰减规律基本一致,测点与线路中心线的距离每增大1倍,测得的噪声约减小4.33 dB;钢轨波磨对城市轨道交通高架轮轨噪声的影响较为显著,钢轨波磨的波长决定了列车以不同速度过桥时钢轨振动加速度的峰值频率,进而影响轮轨噪声的峰值频率;城市轨道交通高架结构噪声的峰值频率主要与其自身的振动特性有关,与车速和钢轨波磨的关系并不大。     

城市轨道交通对城市发展的支持和引导作用——以北京城市轨道交通为例

城市轨道交通对城市的发展具有极大的支持和引导作用。本文以北京市轨道交通规划和建设情况为例,分析了北京市轨道交通线网规划和北京城市总体规划的关系,分析阐述了轨道交通与城市形态、土地利用的相互作用。分析表明轨道交通可以促使中心城土地功能布局的调整和优化,引导新城的合理发展,要通过科学合理的规划控制,为建设宜居城市提供有力保障,实现城市的可持续发展．     

基于解释结构模型的城市轨道交通系统优化

城市轨道交通系统是涉及多学科、多专业领域、多功能和多任务的复杂大型信息系统,系统设计在系统建设中至关重要．文章分析了大型复杂系统的系统结构框架设计的一般方法,采用解释结构模型法对城市轨道交通系统体系结构框架进行了优化分析,从而搭建了一个城市轨道交通系统的基本顶层框架模型,以期对城市轨道交通系统的标准体系建设提供参考,同时对研究和探索、完善系统设计方法及城市轨道交通系统各子系统设计提供依据．     

城轨高架环境噪声特性与不同频段能量

测试了某城市地铁1号线一期高架线路普通整体道床无声屏障和道床垫式浮置板道床全声屏障区段的桥侧环境噪声, 分析了桥侧各测点的A计权总声压级与1/3频程线性声压级, 绘制了线性声压级云图, 研究了各频段噪声能量比例。分析结果表明: 道床垫式浮置板道床全声屏障能有效降低噪声源强处与桥侧环境噪声, 降噪效果、能量分布与频段和测点位置有关; 在桥面高度相近的测点, 降噪效果随距线路中心线距离的增大而减小, 而在近地面的测点, 降噪效果随距线路中心线距离的增大而增大; 降噪效果在中高频段明显大于低频段; 在1/3频程中心频率为20.0~31.5 Hz时, 距离线路中心线55.0 m处, 道床垫式浮置板道床全声屏障区段的线性声压级较普通整体道床无声屏障区段大0.82~6.96 dB; 在普通整体道床无声屏障区段, 在高出地面1.2、9.8 m处, 噪声能量以低于200 Hz为主, 在高出地面11.3 m处, 噪声能量以250~400 Hz为主, 在高出地面12.8 m处, 噪声能量以400~1 000 Hz为主; 在高出地面11.3 m处与200 Hz以下范围内, 普通整体道床无声屏障和道床垫式浮置板道床全声屏障区段的噪声能量持平; 在道床垫式浮置板道床全声屏障区段, 低于200 Hz的桥侧噪声能量较高, 因此, 建议根据高架桥旁敏感点的具体位置采取针对性减振降噪措施, 并重点关注低频噪声失去中高频噪声的遮蔽后尤显突出的问题。