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。

轨道交通全封闭式声屏障列车风压载荷特性分析

基于雷诺平均湍流模型与滑移网格方法,数值模拟了轨道交通车辆通过全封闭式声屏障时声屏障表面风压载荷特性,根据特征波叠加理论计算了声屏障表面脉动风压时程,分析了脉动风压幅值在声屏障内的空间分布特性。结果表明:声屏障同一截面不同测点位置的风压载荷时间变化规律相似,但压力幅值随着测点高度增加而逐渐减小;列车单列通过时,远离运行线路侧声屏障的压力幅值远小于邻近运行线路侧;列车运行速度由80 km/h提高至140 km/h,脉动风压空间分布特性相似,但压力幅值增加约22%;列车会车通过时,声屏障入口与出口端压力波的叠加效应使得声屏障表面压力幅值增大,其中位于远离运行线路侧声屏障压力幅值增加,与邻近运行线路侧声屏障压力幅值接近。

带百叶吸声体的轨道交通全封闭声屏障声学设计研究

依据相关设计规范,轨道交通全封闭声屏障应设置不少于水平投影响面积5%的自然排烟通道,这将直接导致全封闭声屏障顶部严重漏声。为减少全封闭声屏障顶部漏声,提出并设计了全封闭声屏障顶部开口处百叶吸声体。采用SoundPLAN噪声预测软件,模拟全封闭声屏障顶部开口位置安装百叶吸声体前后对周边敏感建筑的噪声影响。在全封闭声屏障顶部开口位置处安装百叶吸声体后,敏感点的噪声值比安装前明显降低;不同厚度和不同材质的百叶吸声体对全封闭声屏障整体降噪效果均有影响。结果表明,在全封闭声屏障顶部开口位置安装百叶吸声体可以提高声屏障降噪效果。

高速列车轮轨噪声控制的新型声屏障设计方法研究

我国轨道交通的基础建设已得到快速发展。随着新版《中华人民共和国噪声污染防治法》的实施,轨道交通对于沿线声环境的污染防治也将成为后期重点关注的问题之一,因此有必要提高轨道交通重要降噪设备声屏障在隔声性能方面的要求;针对轨道交通轮轨噪声的频段范围,基于Bragg带隙机理提出了三种针对轨道交通轮轨噪声的新型的二维气-固声子晶体型能带结构设计方案,分析了三种设计方案对应的带隙特性,并通过声传递损失评价了三种设计方案的隔声效果。研究表明:结合声子晶体理论设计的能带结构排布方式,能够对特定频段内的轮轨噪声形成高效的阻隔;通过合理设计散射体的布置形式和几何参数,可进一步实现特定多频段的有效隔声;将提出的方案应用于声屏障设计,能针对性地提升声屏障的隔声性能。

高架铁路环境噪声空间分布特性及控制措施效果研究

城市轨道交通快速发展的同时也引发相应的环境问题,特别是高架区域噪声问题已成为环境投诉的热点。以杭州地铁1号线高架段为研究对象,分别对直立式声屏障、全封闭声屏障与减振垫相互组合的降噪断面进行现场测试,分析不同组合降噪措施下高架沿线环境噪声的空间分布特性及其噪声控制效果。结果表明:采用减振垫可以有效减少轮轨振动能量向桥梁传播,从而降低桥梁结构噪声,但同时增大轮轨相互作用,导致轮轨噪声增加。减振垫对城市轨道交通噪声的控制效果具有明显的空间分界性,在接近地面区域对桥梁结构噪声具有良好的降噪效果,而在轨面附近轮轨噪声却增强;全封闭声屏障相对直立式声屏障能够更加有效地控制轮轨噪声的传播。在城市轨道交通高架段中有必要采取轨道减振措施以降低桥梁结构噪声,并根据实际需求利用声屏障控制轮轨噪声的传播。

基于振动响应的高铁声屏障结构体系研究

为了研究不同开口形式的封闭式声屏障在高速列车所产生风压作用下的受力特征,以某高铁声屏障为研究对象,利用有限元软件Midas建立顶部不同开口间距的双侧封闭式声屏障及顶部不同覆盖长度的单侧封闭式声屏障整体模型;将速度为350 km/h的列车驶过时产生的脉动风压激励时程作用于声屏障结构整体模型,计算得到声屏障结构的静力响应和动力时程曲线;最后计算动力放大系数.研究结果表明:双侧封闭式声屏障顶部增加开口间距和单侧封闭式声屏障顶部覆盖长度减小都有利于风压的释放,改善结构受力情况,随着开口间距增加或覆盖长度减小,有利作用愈加明显;对于双侧封闭式声屏障,开口2 m时立柱最大动应力是开口8 m时立柱最大应力的1.15倍,放大系数也增加0.12;对于单侧封闭式声屏障中,覆盖8 m时立柱的最大动应力是覆盖2 m时立柱的最大动应力的1.28倍,放大系数也增加0.37.

轨道交通周期型声屏障带隙特性及其降噪性能

基于声子晶体带隙理论提出气固周期型声屏障,基于Bloch定理,采用传递矩阵法研究周期型声屏障声波带隙特性,同时建立有限元模型对带隙进行验证;分析固体材料密度、声速及填充率对周期型声屏障带隙的影响;输入实测轮轨噪声声源,分别研究直立式与全封闭周期型声屏障对轮轨噪声的控制效果。研究结果表明:气固周期型声屏障中固体材料密度的增加可以显著降低带隙起始频率,同时使截止频率升高、带隙宽度增大;当固体材料填充率取为0.5时,带隙起始频率最低,而截止频率随填充率增大而升高;直立式周期型声屏障比同等质量单一材质声屏障的降噪效果提高2~3 dB,而引入带隙后的全封闭周期型声屏障降噪效果可提高3~5 dB。

不同行驶条件下轨道交通噪声频率特性比较研究

选取上海轨道交通1号线和明珠线,分别对地面段和高架段列车加速出站、站间匀速以及减速进站时的噪声进行了多次采样分析,结果表明:在不同行驶条件下,轨道交通辐射噪声的频率特性会有显著差异,在列车加速出站、站间匀速和减速进站时,地面段轨道交通辐射噪声1/3倍频程谱主峰频率分别为200Hz、125Hz和200Hz,次峰频率则分别为2500Hz、250Hz和3150Hz;高架段主峰频率均为63Hz,次峰频率则分别为630Hz、630Hz和2000Hz。为提高轨道交通两侧声屏障的降噪效果,应视其辐射噪声频率特性不同分路段进行设计。

关于轨道交通声屏障结构优化的仿真分析

采用有限元—无限元耦合法,依据有关文献的声屏障模型进行有限元建模,验证基于有限元—无限元耦合法的Actran软件计算声屏障插入损失。在通过试验验证无声屏障时路基线路模型可靠性的基础上,进而对表面带有凸起的声屏障结构进行数值仿真计算分析;研究表面带有圆形凸起和表面带有三角形凸起的声屏障结构的扩散体宽度、间距及突出高度分别对其降噪效果的影响,并优化其各自结构参数,为设计效果达标、结构合理和外形美观的声屏障提供理论依据。

轨道交通桥梁减振降噪2019年度研究进展

列车通过高架桥梁时,振动能量通过轨道结构传递到桥面及其他桥梁构件,激发桥梁振动并向空中辐射噪声,这被称为“桥梁结构噪声”。近年来,随着高速铁路和城市轨道交通的迅猛发展,轨道交通桥梁结构噪声预测方法、产生机理及控制措施研究已成为一个热门研究方向。另外,随着桥上声屏障的广泛应用,其降噪性能、振动及二次结构噪声特性研究也成为一个热门研究方向。梳理了近一年来轨道交通桥梁及桥上声屏障的振动噪声相关研究,总结了当前的研究热点,展望了未来的发展趋势。

轨道交通桥梁减振降噪2020年度研究进展

随着高速铁路与城市轨道交通的快速发展,振动与噪声问题愈发突出。传统直立式声屏障对轮轨噪声降噪效果明显,当列车运行速度超过250km/h时,其降噪量不足,为此,我国高速铁路正力推全封闭声屏障的建设。同时,随着钢桥或钢-混组合桥在我国高速铁路和城市轨道交通中逐步得到广泛应用,钢桥或钢-混组合桥的声辐射能力更强,具有频谱宽、幅值大和难控制等特点。因此,在环境敏感区域建造钢桥或钢-混组合桥时,亟待解决其噪声控制问题。围绕"高速铁路声屏障降噪性能与动力特性"和"钢桥减振降噪"两个研究方向,简要评述了该方向的研究动态及发展趋势。

高速铁路轮轨噪声理论计算与控制研究

轮轨噪声是铁路主要的噪声源。针对高速铁路轮轨噪声辐射问题，综合运用车辆一轨道耦合动力学理论与噪声辐射理论，建立高速铁路轮轨噪声预测模型，应用数值仿真的方法研究高速铁路轮轨噪声产生机理、辐射特性、传播规律以及控制技术。主要研究内容和结论如下。

新型轨道交通混凝土声屏障单元板的设计

城市轨道交通带给人们巨大便利的同时,其所产生的噪声污染也严重影响着人们的正常生活,设置新型轨道交通混凝土声屏障是一种非常有效的解决噪声污染的方法。新型轨道交通声屏障单元板的设计根据国家标准和行业规范,并对声屏障单元板进行力学性能计算和在轨道现场的声音敏感点的吸音性能测试,其结果表明设计出的声屏障单元板能够满足吸音降噪要求、稳定性要求和强度要求。而且声屏障的制作原材料比较常见,生产工艺简单,建议大规模推广使用。

钢轨阻尼与声屏障组合降噪效果试验研究

在我国一高速铁路的城市区域低速区段分别选取钢轨阻尼与声屏障组合措施区段、声屏障区段及对照区段3处进行降噪效果对比试验。试验结果表明:在67～146 km/h低速条件下,距离外轨7. 5,25. 0 m处的钢轨阻尼及声屏障组合降噪措施相比单一声屏障措施的附加降噪量分别为1. 6～2. 0,0. 6～0. 8 dB(A);钢轨横向、垂向加速度减振量为2. 1～2. 8 dB;钢轨阻尼对轮轨噪声主要作用频率具备减振降噪效果。

新型一维气-固周期型隔声板的带隙特性研究

为设计一种用于城市轨道交通的新型声屏障,通过引入周期结构理论,采用理论分析和有限元分析2种方法,借助正交试验设计的思路,研究了固体材料密度、声速及填充率3个指标对于一维气-固周期型隔声板带隙的影响。结果表明:固体材料密度和填充率对起始频率和截止频率的影响比较显著,固体材料声速对起始频率几乎没有影响;增大固体材料密度可以显著降低起始频率,同时使截止频率升高、带宽变宽;固体材料的填充率取为0.5时,获得最低的起始频率,截止频率随填充率的减小而降低。因此,在一维气-固周期型隔声板设计中,可以选择密度、声速较大的材料作为隔声板材料,同时,将固体材料填充率设计成0.5。

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。

杭州地铁1号线高架区间的声屏障设置

论述全封闭式声屏障在城市轨道交通建设中的应用情况,探讨它的设置给通风、消防、接触网、结构受力等带来的不良影响。通过对全封闭式声屏障及开敞式声屏障的设置进行比较,提出全封闭式声屏障设计存在的问题及解决办法。

新型轨道交通混凝土声屏障单元板抗风性能研究

设置新型轨道交通混凝土声屏障是一种非常有效地解决城市轨道交通噪声污染的方法。新型轨道交通混凝土声屏障单元板具有良好的抗风性能是保证声屏障正常工作性能和吸音降噪效果的关键。通过参考最新行业标准和国内外最新计算方法,确定了在正常工作状态下声屏障单元板所需承受的列车气动风压脉动力值。借助有限元软件ANSYS对混凝土声屏障的抗风压性能进行有限元分析,由模拟分析结果表明:在背板和面板承受3.5kPa风荷载时,混凝土的最大拉应力为6.205MPa,钢筋的最大拉应力为17.035MPa,单元板跨中挠度最大为4.96mm;承受最大风荷载7kPa时,混凝土的最大拉应力8.278MPa,钢筋的最大拉应力为22.798 MPa,单元板跨中挠度最大为6.93mm。计算值均小于规范标准值,完全符合工程实际应用要求。

轨道交通嵌入式声屏障设计及现场声学性能仿真研究

针对目前轨道交通车站的实际情况,设计并研制可以有效降低列车进出站时产生的轮轨噪声的轨道交通嵌入式声屏障。该声屏障充分利用了轨道床两侧架设通讯电缆的凹型空腔,并依据列车噪声分布进行了针对性设计。同时根据声波的传输规律,利用有限元分析软件ANSYS和边界元分析软件SYSNO ISE对嵌入式声屏障的现场声学性能进行仿真研究,得到列车进出站时的现场噪声分布及该嵌入式声屏障的现场声学性能。

复合QRD型轨道交通声屏障的设计及性能分析

低频噪声绕射问题是目前声屏障设计亟需解决的难题,随着数论扩散体的应用,出现了在声屏障上使用二次余数扩散体(Quadratic Residue Diffusers,QRD)的尝试。但是,由于环境的影响,其工程适用性并不强。以声学传播特性为基础,结合数论扩散体原理并考虑材料使用量提出了一种新型声屏障。用Lms.virtrual.lab软件,采用自动匹配层(Automatic Matched Layer,AML)有限元方法并考虑声振耦合,验证了其应用于轨道交通时优于扩散体复合T型声屏障及传统倒L声屏障的降噪性能,尤其在低频段降噪效果明显,有较高的工程适用性和现实意义。