隔振垫在TOD建筑振动及二次辐射噪声控制中的应用研究

双凤桥TOD(transit-oriented development)项目受邻近既有地铁线路运行的振动作用,对建筑物振动及室内二次辐射噪声造成不利影响。通过现场振动实测,得到振源及地表的振动数据,利用实测数据验证“轨道-隧道-土层-建筑物”三维有限元模型。模型预测结果表明,所有楼层的最大Z振级指标均满足标准要求;各楼层室内二次辐射噪声均超过标准限值。针对超标情况,采用一种新的建筑隔振技术--建筑物基底隔振垫层后,所有预测点的振动和二次辐射噪声均满足相关标准限值要求。

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.

扣件刚度频变特性对轮轨振动噪声的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和声学理论,建立了考虑扣件刚度频变特性的轮轨滚动噪声频域分析模型。模型中,通过车轮有限元分析获得其模态特征向量,建立考虑车轮弹性的动力学方程;钢轨视为由刚度随频率变化的扣件离散支承的铁摩辛柯梁模型;通过等效线性化轮轨接触形成轮轨耦合动力学频域分析模型;将轨道粗糙度作为输入并考虑接触区滤波,计算得到了车轮和钢轨的振动响应频谱及声辐射功率频谱,并分析了扣件刚度频变特性对轮轨垂向振动以及轮轨滚动噪声的影响。结果表明,扣件刚度的频变特性对钢轨导纳特性、轮轨相互作用力频谱、钢轨总声功率影响明显,而对车轮总声功率影响较小;与扣件常刚度模型计算结果相比,钢轨振动沿纵向传播的衰减率增大,钢轨声辐射功率在100~1 250 Hz频段明显减小,轮轨总辐射声功率约减小2.4 dBA,轮轨噪声辐射声压预测值与试验结果对比表明,频变刚度模型可有效修正常刚度系数模型对轮轨噪声的过高估计。

基于声传递向量方法的车轮扁疤冲击噪声分析

建立一种基于声传递向量分析车轮扁疤冲击作用下轮轨噪声时频特性的模型。首先建立详细的车轮有限元模型进行模态分析,提取模态质量,模态振型等参数。结合车轮模态特征,并将钢轨视为Timoshenko梁,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立可以考虑车轮弹性变形和轮轨接触非线性的时域车轨耦合振动模型。通过轮轨动力学计算得到车轮扁疤冲击下的车轮和钢轨时域振动速度,并由快速傅里叶变换(FFT)获得轮轨接触点处轮轨振动速度的频谱;同时,采用边界元声传递向量(ATV)方法计算得到单位力作用下车轮与钢轨噪声辐射频谱。结合车轮扁疤引起的轮轨振动速度频谱、单位力作用下的速度导纳和噪声辐射频谱计算得到受声点处的声压谱,并通过快速傅里叶逆变换(IFFT)获得其声压时程。结果表明本文模型可以很好地模拟轮轨冲击振动和噪声的时域与频域特性。

高速列车引起的负风压对轨道吸声板稳定性的影响

基于空气动力学理论建立了列车通过无砟轨道的数值模型,分析高速列车以不同速度通过无砟轨道时轨道板表面的空气压力,并与实测值进行了对比,验证了模型的可靠性。同时建立了列车-吸声板轨道空气动力计算模型,计算了吸声板的表面压力,积分得到列车引起的负风压对吸声板的向上的"吸力",并与其自身重量比较,进行安全性校核。研究结果表明:吸声板的铺设减小了列车底板与轨下结构之间的距离,导致吸声板表面空气压力较轨道板表面压力有所增大,且随着列车速度提高增幅加大;在本文算例中的吸声板设计条件下,列车速度达到385 km/h时,吸声板自重可以克服列车引起的负风压,并有一定安全余量。

高速铁路无砟轨道吸音板降噪效果仿真分析

高速铁路无砟轨道区段所辐射的噪声通常要高于有砟轨道区段,常采用铺设吸音板的方法来降低轮轨噪声对周边环境的危害。吸音板的降噪效果除了与吸声材料特性有关外,还受表面结构形式的影响。本文通过选取无砟轨道吸音板不同的表面结构形式,利用边界元法及统计能量法,分别建立了边界元模型和统计能量模型,对比分析了吸音板吸声效果。研究结果表明:表面采用开槽结构的吸音板降噪效果最佳;统计能量法作为一种解决中高频复杂声振问题的能量方法,结合声学边界元法,能够准确、高效地预测各频带下的声辐射问题,这为铁路周边的声环境预示及对铁路降噪措施的预测评价提供了一个新思路。

地铁运行引发临近建筑群低频微振动及传递规律研究

随着城市建筑群的飞速建设,由地铁运行引起的建筑群低频微振动问题越来越突出。本研究依托成都某建筑群项目,研究地铁运行对土体及建筑群振动的影响。考虑轮轨非线性动力相互作用、土体分层特性、土体‑建筑相互作用关系等因素,建立地铁列车‑轨道‑隧道‑土体‑建筑群耦合动力学模型;通过现场测试掌握地铁振动源强特征,并对模型进行验证;在此基础上研究地铁动荷载下土体振动的空间传播规律及不同土层界面处的局部振动特性;评估地铁运行对建筑群的影响。研究表明:建立的动力学模型可有效用于研究地铁运行下建筑群低频微振动问题;实测隧道壁加速度卓越频率为31.5~80 Hz,实测隧道壁VL_(zmax)(最大z振级)主要在70.3~71 dB,实测道床VL_(zmax)则在94.3~125 dB;随着振动波在土体中向上传递,振动能量逐渐衰减,但是在地表附近存在一定的振动放大;土体对80 Hz以上的振动具有较强的吸收能力,随着振动横向传播距离的增大,VL_(zmax)近似线性减小;该建筑群中的住宅楼和商业楼均未出现振动超标。

高速铁路隧道壁吸声材料降噪效果仿真分析

应用SYSNOISE软件建立列车-隧道-隧道内壁吸音板结构的二维边界元模型,研究隧道内壁吸声结构不同铺设方案下的降噪效果。根据高速铁路列车通过时隧道内壁吸声结构不同铺设面积、铺设位置等因素,分析其对列车通过时噪声的降噪效果,并综合考虑工程经济性等因素,计算4个较为典型的隧道内壁吸声结构的铺设方案。计算结果表明:在隧道内壁全部铺设吸声材料的情况下,铺设隧道吸声结构对隧道内声压级的降噪效果约为14.3dB。随着隧道内壁吸声材料铺设面积的增加,隧道内的降噪效果越好。在计算选取的4个方案中,内壁整体铺设方案降噪效果最佳,内壁部分铺设方案降噪效果最差,两者的组合方案降噪效果适中,实际工程应用中应综合各方面因素对降噪方案进行选取。

地铁停车场上盖振动及二次结构噪声影响研究

地铁停车场振动及二次结构噪声影响是地铁上盖开发的主要制约因素之一。以某营运中的地下双层地铁停车场为研究对象,通过实测方法获得道床、地下层及地面层的振动数据。根据设计文件,建立地下部分和地上部分的结构模型,计算地下部分结构振动响应,与现场实测结果进行对比;并通过计算得出的振动数据预测室内二次结构噪声。实测与模拟结果表明拟建上盖建筑受地铁振动及二次结构噪声影响较大,因而在进行上盖开发时,应优化盖上建筑布局,同时在停车场建设时需预留足够的减振措施。

云巴(胶轮有轨电车)噪声源强测试与分析

云巴(某胶轮有轨电车)是一种新型轨道交通工具,为预测将来该类交通线路产生的噪声影响,对某云巴试验线噪声辐射情况进行了现场测试。测试分析了不同速度工况下云巴列车的噪声源强以及随速度的变化规律。结果表明:列车以50km/h运行时噪声源强大小为66~67dB(A),以60km/h运行时噪声源强大小为69~70dB(A)。列车经过时沿线两侧15m内的声场分布图呈蝶形分布。列车运行状态从减速-匀速-加速时,声压级有增大的趋势。

低噪声车辆减速器降噪特性试验研究

货运铁路编组站在通过自动化驼峰进行列车编组时,需要对线路上的车辆减速器进行制动,在制动过程中会产生高频突发噪声,对周边环境造成影响。通过实测昆明东站自动化驼峰作业现场新型车辆减速器与普通减速器在制动过程中的噪声特性,验证了新型车辆减速器的降噪性能,也为后续列车编组站在制动噪声控制方面的研究提供了实测资料。

近轨建筑地下室结构柱车致低频振动减振设计

为了降低车致低频振动,依托实际工程,开展地下室结构柱减振设计研究。基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑短波随机不平顺引起的轮轨中高频振动、土体分层特性、人工黏弹性边界等非线性因素,建立近轨高层建筑车致低频振动预测模型。通过现场地表振动衰减规律测试与车致地下室振动特性测试,验证振动预测模型的有效性。研究地下室非永久柱优化布置,以及非永久柱中嵌入碟形弹簧支座、橡胶支座、粉煤灰支座等4种减振方案对车致低频振动的抑制效果。结果表明:对结构柱进行优化设计可不同程度降低车致低频振动;减少地下室非永久柱可降低地下室整体结构刚度以减少传至高层建筑的振动;采用碟形弹簧支座主要衰减地下室隔板频率63~125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减7.3 dB;通过橡胶支座衰减地下室隔板频率40~125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减7.6 dB;而采用粉煤灰支座主要衰减地下室隔板频率40~125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减5.4 dB;针对该实际工程,结构柱内嵌橡胶支座效果最佳。

高速铁路轨面粗糙度测量方法与分析

分别采用间接法和直接法对高速铁路无砟轨道钢轨表面粗糙度进行了测量和分析.轨面粗糙度的间接测量法采用现场实测的钢轨加速度、钢轨振动纵向衰减率,并结合轮轨动力学计算得到的粗糙度-钢轨垂向加速度传递函数,推导得出轨面粗糙度1/3倍频程谱.轨面粗糙度直接测量法采用钢轨表面粗糙度仪对高速铁路钢轨表面进行直接检测,并对实测数据进行趋势项去除、异常值去除与时间-频率变换后得到轨面粗糙度1/3倍频程谱.将两种方法所测粗糙度频谱与欧洲粗糙度限值谱进行对比,结果表明:两种粗糙度测量方法均可得到较为可靠的结果,所测高速铁路轨面粗糙度在0.05 m以上波长范围小于国外限值,而0.05 m以下波长范围大于国外限值,应予以控制.

高速铁路扣件弹条动力学分析

为了研究扣件弹条在高速列车动荷载作用下的振动特性,以我国高速铁路采用的Vossloh扣件弹条为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立详细的扣件系统有限元模型,基于非线性接触理论与车辆-轨道耦合动力学理论,研究弹条在安装过程中的受力及列车动荷载作用下的振动特性,并与现场实测结果进行了对比验证。结果表明:螺栓预压力施加到33kN时,弹条达到正常安装状态,此时弹条中圈环位移为20.3mm,弹条扣压力为13.8kN;考虑钢轨波磨情况下,弹条加速度和振动位移最大值分别约为3g、0.05mm,计算结果与实测结果在振动形态与幅值上均基本一致,弹条振动加速度与不考虑钢轨波磨下的结果相比约增大10倍,明显加剧了扣件弹条的振动,从而会加速弹条的疲劳损伤。

冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统动力特性研究

应用ABAQUS有限元软件建立CRTSⅢ型板式轨道-路基动力分析模型,计算了在落轴冲击荷载作用下CRTSⅢ型板式轨道-路基系统的动力响应,并将仿真计算结果与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性.在此基础上,研究了扣件刚度、路基基床弹性模量、自密实混凝土弹性模量以及长期服役状态下混凝土弹性模量的降低对轨道-路基系统动力特性的影响规律.结果表明:扣件刚度对各部件振动加速度影响较大,路基基床弹性模量对其影响较小;轨道结构在服役过程中混凝土弹性模量的降低会引起轨道板加速度有较大的增幅,应引起重视.

地铁诱发TOD建筑群振动及二次噪声控制

提出了地铁列车诱发公共交通引导开发(TOD)建筑群振动及二次噪声控制方法.首先,基于经验公式法求解TOD建筑二次结构噪声;然后,分析地铁列车通过时TOD建筑的振动及二次噪声特性及分布;最后,研究钢弹簧浮置板轨道对TOD建筑振动及二次噪声的控制效果.结果表明:建筑车致振动主频集中在40~63 Hz,第二主频集中在6.3~16 Hz;商业楼距离线路最近,振动最大;结构二次噪声出现了大量超标情况,最大超标值达到16.2 dB(A);钢弹簧浮置板轨道可明显降低列车通过时TOD建筑的振动以及二次噪声,特别对16 Hz以上的振动和结构噪声控制效果更好;钢弹簧浮置板对最大z振级的减少量约为14 dB,对声压级的减少量约为13dB(A).