轨道交通环境振动半解析预测方法

准确预测列车引起的环境振动对轨道交通减振降噪具有重要作用。建立点源冲击荷载作用下的轨道-半无限区域大地模型,推导预测列车在轨道上运行时引起大地振动加速度的解析公式。根据该公式,提出基于模型计算列车荷载密度和现场实测大地线源振动传递导纳的轨道交通环境振动半解析预测方法。为验证预测方法的正确性,选择昌九城际铁路某轨道区域实测大地线源振动传递导纳和地面测点振动加速度响应。根据试验区域的轨道结构类型和开行的列车类型,建立列车-轨道非线性耦合系统动力学模型,运用交叉迭代算法求解列车-轨道耦合系统动力学方程和计算列车荷载密度。运用预测公式得到地面各测点振动加速度级。预测结果与实测数据吻合良好,地面各测点加速度幅值及在频域中的分布规律具有很好的一致性,说明了预测方法的正确性。该方法具有预测精度高,容易实施的特点。

高速铁路桥梁结构振动、噪声与环境振动现场试验

为探讨高速铁路桥梁结构振动与噪声产生机理和传播规律,选择沪昆高铁高安—南昌区间某铁路桥梁,对高速列车通过时引起的桥梁结构振动、环境噪声和大地振动进行现场测试。结果表明:高速列车诱发桥梁结构振动的优势频率为31.5~125.0 Hz,峰值频率为31.5~63.0 Hz;在0~50 Hz频率范围,桥梁顶板振动>两翼振动>底板振动>腹板振动;在大于50 Hz频率范围,桥梁顶板振动>底板振动>腹板振动>两翼振动;高速列车通过桥梁时,紧邻桥梁的噪声测点声压级峰值频率为80~160 Hz,远离桥梁的噪声测点声压级峰值频率为800~1250 Hz;距离桥梁外轨30 m的断面处,主要噪声源为轮轨噪声、空气动力噪声和受电弓噪声,最大声压级均大于70 dB(A),超过声环境限值;高速铁路车-桥耦合振动引起的大地横向和垂向振动的优势频率为20~63 Hz;在距离桥梁中心线20 m以外范围,高速列车通过桥梁时引起的大地振动低于城市区域环境振动标准65 dB。

轨道交通槽形梁结构振动与噪声特性研究

为研究轨道交通槽形梁结构振动与噪声的特性,基于车辆-轨道耦合动力学模型,利用有限元和边界元法分析槽形梁结构的声振特性,得到槽形梁底板的垂向振动加速度振级和腹板的横向振动加速度振级的峰值频率均为63 Hz;槽形梁结构噪声的线性声压级的峰值频率在31.5~80 Hz之间,且离桥梁的距离越远,场点的最大线性声压级越小。研究结果表明:采用固支边界条件的槽形梁结构自振频率较大,且具有显著的减振降噪效果,结果可为轨道交通槽形梁的结构声学优化提供理论参考。

高速铁路减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道桥梁振动噪声研究

以减振CRTS-Ⅲ型轨道系统为研究对象,基于车辆、轨道、桥梁系统二维模型,利用动柔度法分别计算车辆和轨道系统的动柔度,建立频率域的车辆-轨道耦合模型,计算桥梁振动加速度并与常规CRTS-Ⅲ型轨道系统相比较。采用有限元法计算桥梁结构近场点和远场点噪声,探讨桥梁各子结构板对近场点和远场点噪声的声贡献率。计算结果表明:与常规CRTS-Ⅲ型轨道系统相比,铺设减振CRTS-Ⅲ型轨道系统的桥梁的振动峰值加速度减小69.9%,加速度平均值降低60.4%;近场和远场噪声计算点声压级分别降低8.4 dB、8.5 dB;桥梁顶板声贡献率分别达65.28%、68.30%。采用减振CRTS-Ⅲ型轨道系统能够有效降低桥梁结构噪声。声贡献率计算表明顶板振动是导致桥梁产生噪声的主要噪声源。

轨道交通槽型梁结构振动噪声预测研究

针对城市轨道交通槽型梁结构噪声问题,基于动态柔度理论建立车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型,采用ANSYS建立轨道-槽型梁有限元模型,采用LMS Virtual.Lab建立槽型梁边界元模型,基于以上三个模型进行联合仿真可以计算得到车-轨-桥耦合动力响应与桥梁结构低频结构噪声。结果表明,槽型梁各结构加速度振级峰值频率均为63 Hz,且底板振动加速度明显大于其他部位;各场点声压级的优势频率均集中在40~80 Hz频段内,各场点的峰值频率均为63 Hz,规律与振动加速度响应一致;由于刚性地面的声反射作用导致距离地面较近的场点声压得到加强,底板下方垂向最大线性声压级出现先减小后增大的趋势;底板噪声辐射能力大于腹板,且传播范围更广、衰减速度较慢。

双层车辆段上盖建筑振动与结构噪声预测分析

为研究地铁列车在双层车辆段运行引起的上盖建筑振动及室内结构噪声特性,以国内某双层车辆段上盖物业工程为研究对象,采用现场实测和数值模拟相结合的方法,系统分析了双层车辆段上盖建筑振动与辐射二次结构噪声传递规律。基于大地-车辆段-上盖建筑有限元模型,分析了列车荷载作用下,运用库上盖建筑的振动传递特性,再利用声传递向量法分析了上盖建筑室内结构辐射噪声及其特性,最后对室内各板件的噪声辐射贡献度及吸声平板降噪效果进行了研究。分析结果表明:由于高频振动经过土体衰减迅速,在80 Hz以上频段,二层行车引起的上盖建筑底层振动显著大于一层行车;运用库车致上盖建筑振动在第10层衰减至最低水平,随着楼层的继续增加,振动出现放大现象;在40 Hz处天花板和地板对卧室场点声学贡献度最大,其中在顶层采用吸声材料后的降噪效果最为明显。

铁路环境振动对厂房内精密仪器的影响分析

以龙烟铁路沿线厂房内的精密仪器为研究对象,利用有限元法,建立轨道-桥梁及桥墩-基础-土体计算模型,计算货车在不同运行速度下引起的大地振动响应,得出振动加速度、速度及位移沿距离的衰减规律,分析铁路环境振动对铁路沿线厂房内精密仪器的影响。研究表明:列车速度对振动响应的影响较大,速度越高,地面上相同位置上的振动响应越大;振动加速度、速度和位移沿距离的衰减特性基本一致,呈现指数曲线的衰减规律;若不考虑精密仪器的自身隔振能力,两列货车以120 km/h和100 km/h的速度在精密仪器附近交会时,加速度、位移及y方向的速度预测值满足仪器振动限值要求,x和z方向的速度预测值超出了仪器振动限值要求;考虑精密仪器自身基础的隔振能力后,振动预测值均满足仪器振动限值要求。

高架轨道桥梁结构振动与噪声预测方法及控制研究进展

随着城市轨道交通的快速发展和人们环保意识的增强,结构振动与噪声已成为制约高架轨道桥梁发展的瓶颈。针对高架轨道桥梁诱发的环境振动和噪声问题,国内外学者从列车-轨道-桥梁-大地耦合系统动力学理论、模型、预测方法、现场试验及桥梁结构减振降噪控制技术等方面进行了大量系统研究,取得了一系列成果。文中综述了高架轨道桥梁诱发环境振动和噪声问题的研究现状和进展,重点论述了高架轨道桥梁结构振动与噪声理论、模型、预测方法、高架轨道桥梁结构减振降噪技术及桥梁结构主动控制和组合减振降噪技术,总结了高架轨道桥梁结构振动与噪声分布的一般规律,提出了桥梁结构主动控制和多种措施联合使用是高架轨道桥梁结构减振降噪技术创新和产品研发的方向。

城市轨道交通单线U型梁振动与噪声分析

研究目的:针对日益严重的桥梁结构低频噪声问题,本文建立钢轨、无砟轨道、桥梁结构的梁-板振动有限元预测模型,分析城市轨道交通单线U型梁在垂向轮轨力作用下20~200 Hz范围内频域的振动及其近场、远场的结构噪声特性,同时分析U型梁各板件的声贡献量。通过对U型梁进行振动噪声分析,提出截面优化建议。研究结论:(1)U型梁的振动幅值峰值出现在31.5~63 Hz左右,翼板的振动幅值最大,其次是底板和腹板;(2)由钢轨到U型梁的振动功率级损失在16.9~20 dB左右,U型梁各板件的振动功率级与其声压贡献量的规律基本一致,底板>腹板>翼板;(3)在近场点各板件的声压级峰值都在50 Hz,底板的声压级最大,其次是腹板和翼板;(4)远场噪声主要受底板的作用影响,其声压贡献量达到81%左右,因此应作为主要降噪对象,而翼板的振动峰值虽大,但对声场的影响很小,几乎可以忽略不计;(5)该研究成果可为城市轨道交通的桥梁采取减振降噪措施提供借鉴。

高速铁路沿线地面环境振动特性的实测与分析

通过对我国某高速铁路路基区段高速列车引起的周围环境地面振动进行现场实测,根据测试数据进行了功率谱分析、Z振级分析和1/3倍频程分析。分析结果表明,列车以250~350 km·h-1高速运行时,在距轨道中心线水平距离30~60 m处,地面振动随列车速度的提高而增大;地面振动能量主频在40 Hz左右;地面各处振动呈波动式变化,随距离传播规律是平均每10 m减少2~3 dB,且高频振动的衰减速度大于低频振动的衰减速度,远离振源处以低频振动为主。

考虑声腔效应铁路箱梁低频噪声预测与降噪措施研究

现有的桥梁噪声预测方法往往忽略声腔共鸣对腔外噪声的影响。建立基于混合FE-SEA方法的声腔-箱梁系统混合模型,采用现场实测的方法验证混合FE-SEA方法的准确性,计算箱梁各结构部件的声学贡献率,探讨在箱梁内加设若干横隔板的减振降噪效果。研究结果发现:考虑声腔效应的箱梁较不考虑声腔效应预测噪声值更接近于实测值;在近场测点,声腔的贡献率为42.1%,而在远场测点,声腔的贡献率为22.4%;加设横隔板后声腔声压级降低了22.9dB,顶板振动速度降低了53.9%,总声压级降低了11.8dB。分析结果表明:计算箱梁结构噪声,声腔效应对箱梁声压级的贡献不能忽略;加设横隔板能有效的降低桥梁结构噪声;采用两个端横隔板加三个中横隔板比较合适。

铁路环境振动实时监测分析系统开发

基于LabVIEW平台及NI(美国国家仪器公司)相关硬件设备CompactRIO9075、NI 9234等,开发了铁路环境振动实时监测分析系统。该系统实现了振动加速度数据采集与1/3倍频程和Z振级实时分析、数据传送、监控中心实时显示、数据储存及共享等基本功能。1/3倍频程频谱分析和Z振级是振动检测中的重要项目,本系统利用LabVIEW程序和相关硬件设备采集加速度的同时,将采集数据实时转换为1/3倍频程谱和Z振级并实时显示。通过将本监测分析系统与德国DIC24数据采集仪采集的振动加速度对比,验证了本系统的可靠性。

解析法分析铁路环境振动的列车随机激振荷载

将虚拟激励法和车辆-有砟(无砟)轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型有效结合起来,由轨道不平顺功率谱直接得到准确的列车随机激振荷载功率谱,然后采用频率采样三角级数法反演出列车随机激振荷载时程。为铁路环境振动中列车随机激振荷载的计算提供了一简便有效的方法。算例比较了有砟轨道和无砟轨道两种情况下CRH3高速列车运行引起的列车随机激振荷载功率谱密度与时程曲线。

综合交通枢纽站内环境噪声特性分析

综合交通枢纽站内环境噪声水平直接影响工作人员和旅客的舒适性,关系着铁路站区综合开发的可持续发展。以某综合交通枢纽为工程背景,实测站内不同结构层的声压级水平,并进行时域和频域分析,研究不同类型列车和地铁进出站对站台、候车厅环境噪声的影响。得到以下结论:(1)站台层小时等效声级为65.4dB(A)~70.2dB(A)。候车厅高峰时间段小时等效声级为72.8dB(A),相对于平峰时段高出4.6dB(A),40Hz^200Hz频段范围内噪声实测高于舒适度限值。(2)不同类型列车进出站引起的站台层噪声响应存在最大声压级和响应时间的差异,但频谱响应的优势频段均为400Hz^2500Hz。(3)列车制动进站过程,站台层、候车大厅的低频噪声响应基本不变,列车轮轨碰撞、制动等引起的较高频段的噪声响应迅速增强,主频向高频移动。其中站台层等效A声级为73.8dB(A),候车大厅为75.3dB(A)。(4)随着与列车通行线路中心线距离的增大,站台关键点噪声响应呈现对数形式的衰减。(5)地铁的通行,对候车大厅的噪声环境影响不大。

基于混合FE-SEA法的箱梁结构噪声特性研究

为探讨箱梁结构噪声规律及其影响因素,以南昌某高架铁路箱梁为研究对象,建立混合FE-SEA模型进行数值仿真分析,并进行现场试验验证。在此基础上,探讨了板厚对结构噪声的影响规律,分析了箱梁各子系统对远场声压的声贡献量。研究结果表明:混合FE-SEA法适用于箱梁结构噪声研究;箱梁结构振动的峰值频率为125 Hz,结构噪声频率范围为50~160 Hz;箱梁顶板和翼板对远场声压级的贡献量较大:增加各板厚度能降低结构噪声,其中增加顶板厚度效果较为明显。因此在减振降噪的过程中,应着重关注顶板和翼板。

山西中南部铁路通道对红旗渠的振动评估研究

山西中南部铁路通道将从全国重点文物保护单位红旗渠下穿越,为了评估铁路建成后列车运营行驶时对红旗渠所产生的振动是否满足古建筑结构的容许振动标准,采用Universal Mechanism软件建立列车-轨道三维动力模型,求得行驶列车作用于轨道上的轮轨作用力,将轮轨力作用于轨道-隧道-山体-红旗渠结构有限元模型上,计算出红旗渠结构的动力响应。研究结果表明,列车通过时引起红旗渠的最大振动速度点出现在红旗渠渠顶外侧,振动最大速度为1.1×10-4 m.s-1,满足《古建筑防工业振动技术规范》规定要求。

城市轨道交通车内噪声特性及贡献率分析

以某城市轨道交通B型车为研究对象,通过现场实测分析不同速度条件下司机室内和客室内噪声时域变化规律和频谱特性。基于统计能量分析理论建立B型车车内噪声预测模型,通过实测结果对比验证模型的准确性,最后研究车体结构及轮轨噪声源对车内总声压级的贡献率。结果表明:所建立的车内噪声预测模型可以较为准确地预测城市轨道交通车内噪声,且计算效率高。列车速度从75 km/h增大到115 km/h,司机室内噪声增大3.9 dB(A)~5.2 dB(A),客室声压级增大3.6 dB(A)~5.2 dB(A);列车车速每增大10 km/h,司机室内声压级增大约1.36 dB(A),客室内声压级增大约0.9 dB(A)~1.0 dB(A);车内转向架上方测点声压级大于车厢中部噪声,差值为0.3 dB(A)~1.7 dB(A)。车内噪声源主要来自于轮轨噪声和车体底板声辐射,车体侧墙、车门和车窗对车内声压级的贡献整体较小。

路基段列车引起的大地振动试验研究

为研究路基段列车引起环境振动传递特性以及列车编组、速度、轴重等因素对振动的影响,对昌九城际铁路线路基段进行大地振动现场测试。从时域、频域等多方面分析五种列车在不同速度下运行引起的三向大地振动。结果表明:近场大地振动能量集中在10 Hz~200 Hz,远场在10 Hz~80 Hz,近场处X、Y、Z方向主频分别为38.7 Hz、51.9 Hz、64.4 Hz,远场处主频均为25.9 Hz;随着距离的增加,X与Z方向在各频段的振动衰减量相似,Y方向在各频段的衰减量大于X与Z方向;地面竖向Z振级与列车速度近似呈线性关系,在30 m处Z振级增大速率为0.0714dB/(km/h);列车速度变化对50~100 Hz的高频振动影响较大,速度由36增大至119 km/h时,16、50、100 Hz处Z方向分别增加了9.56、17.13、14.87 dB;列车编组对地面振动响应影响较小,当运行速度为115 km/h时,CRH2A动车组列车的不同编组(8节或16节)下引起的地面振动响应几乎完全相同;列车轴重是影响地面振动响应大小的重要因素,且轴重越大引起的振动响应越大。

双层车辆段上盖建筑振动及结构噪声特性分析

为研究双层车辆段地铁运行引发的垂向振动沿上盖建筑物的传播规律及二次结构噪声问题,介绍了横岗双层车辆段咽喉区断面及上盖建筑的现场测试。采用傅里叶变换、传递损失以及1/3倍频谱等方法研究了振源特性,在此基础上,通过构建线性拟合函数和互功率谱密度函数,分析了上盖结构振动与室内二次结构噪声的关系。分析结果表明:由于高频振动经过土体衰减迅速,在80 Hz以上频段,车辆段内1层承重柱振动加速度级小于2层承重柱;振动沿建筑物传至顶层时,入射波与反射波的叠加作用使得顶层振动能量放大;建筑物二次结构噪声声压主频在100 Hz以下,峰值出现在40 Hz附近,且预测建筑物中容易激发的噪声频段在40~60 Hz;楼板振动辐射噪声对室内二次结构噪声贡献主要在40 Hz附近。综上,建议着重关注振动沿上盖建筑传递在40 Hz处的响应情况。

吸声材料布局对铁路声屏障降噪效果影响研究

为研究吸声材料布局对铁路声屏障降噪效果的影响,以3 m直立型声屏障为研究对象,通过有限元和声学边界元相结合的方法进行建模,分析6种非全吸声屏体布局声屏障的降噪效果,并与全吸声和全反射型声屏障进行对比分析。结果表明:吸声屏体在上部、中部、下部分别对高频(1 000 Hz左右)、中频(630~800 Hz)和低频(100~500 Hz)噪声的插入损失影响较大;在水平方向上,随着下部吸声屏体面积增加,声屏障总的插入损失逐渐增大,声屏障下部屏体2 m范围内吸声对插入损失的改善起主要作用;竖直方向上,受声点7.5 m以上时,声屏障中上部屏体1.5~2.25 m范围内吸声对插入损失的改善起主要作用;随着距离增加,非全吸声屏板布局与全吸声、全反射布局之间的降噪效果差值逐渐变小。当受声点高度为1.5 m,距离声屏障2 m时,非全布局与全吸声和全反射工况的降噪效果相差8.6 dB(A),距离20 m位置时相差2.6 dB(A),距离30 m位置时相差为1.1dB(A)。