轨道交通桥梁振动噪声预测分析文献综述

 2022-10-27 16:59:13

文献综述(或调研报告):

轨道交通指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统,最典型的轨道交通就是由传统火车和标准铁路所组成的铁路系统。自20世纪70年代末以来,我国的城市化进程稳步发展,地铁和轻轨作为新型轨道交通形式逐步融入了我国的城市当中,成为了城市交通系统的重要组成部分。在城市轨道交通系统中,由于城市用地相对稀缺,相较于昂贵的地下隧道,以高架桥为载体的轨道交通近年来在城市轨道交通系统中所占的比例逐年上升。然而,在缓解拥堵、便捷出行的同时,其由结构振动产生的轨道交通噪声严重影响了周边居民的日常生活。桥梁结构振动是高架铁路噪声产生的主要原因之一,本研究从结构本身的角度出发,定性考虑噪声的产生原因与传递方式,最终提出相应的解决方案。

20世纪70年代,美国、英国、日本等国的研究人员开始系统地关注城市轨道交通的振动噪声,并探讨了轨道交通中的桥梁噪声及降噪措施。进入21世纪,随着高架桥结构在城市轨道交通系统中的占比增加,轨道交通噪声已成为国内外学者的热议问题,但研究重点仍集中在高速列车行驶时由车轮和车体产生的噪声,而这类噪声在车辆行驶速度较低的城市交通中的占比是相对较低的,噪声的主要来源仍是桥梁的结构振动。在传统桥梁设计中,噪声设计占比较轻,噪声辐射优化设计还没有在桥梁设计阶段被重视。

功率流法常用于工程中以解决复杂结构振动和噪声响应问题,其中,功率流方法在中高频噪声中预测和控制效果较好,这主要是因为功率流方法在噪声控制应用时不仅可以从噪声源内部减少噪声对外辐射的功率,还能在其传播途径上进行控制。吴天行、李增光的研究表明了导纳功率流方法在研究低频段的振动时,选择合适的模型能够得到较高的精度。采用导纳功率流方法进行振动传递分析的一般思想是:根据系统的动力学特征求出系统的振动响应,然后由系统的动态相应得到考察点的振动速度和相应广义力,再根据功率流的一般表达式得到这一点的功率流。由于功率流的大小与系统的参数有着密切的关系,因此可以根据功率流的表达式分析系统参数的改变对功率流的影响,从而指导系统参数的优化设计,以达到控制系统振动和噪声的目的[1]。付娜,李成辉应用功率流理论推导了有限元功率法的计算公式,并以桥上减振双块式无砟轨道为例说明了功率流理论在无砟轨道振动研究中的具体应用[2]。李奇,程石利提出了一种基于力法原理的频域功率流方法以解决时域车轨桥耦合振动分析在中高频分析时频率较低的问题[3]

有限元方法(FEM, Finite Element Method)则侧重于噪声和振动的计算。Crockett和Pyke利用有限元法确定结构振动等级,并建立分析模型,将振动等级转化为道路旁的结构噪声,以此预测了香港铁路西延线中混凝土高架桥的结构噪声;同时,他们估测了采用包括软底板、浮板轨道等结构对减弱结构噪声的影响[4]。Yuichi KOZUMA和Kiyoshi NAGAKURA采用数学和实验方法研究了日本新干线中一座混凝土刚架桥的振动与声学特征[5]。李增光和吴天行利用一种基于数据能源分析的铁路桥梁噪声传播计算方法预测了一座箱形截面高架铁路桥的结构噪声[6]

在桥梁振动辐射的低频噪声评估方面,谢旭,张鹤等利用车桥耦合振动和空气波传播原理提出桥梁振动辐射低频噪声的计算方法[7]。声学边界元方法由于自身能满足Sommer field辐射条件,也被广泛应用于桥梁噪声的计算分析中[8]

从以上关于桥梁结构振动噪声的综述中,可以较为清楚地了解到采用功率流法、有限元方法的理论基础和应用方法。对桥梁振动噪声进行深入研究必然有利于桥梁噪声设计理论的完善,这也成为本课题研究的意义和方向。

参考文献:

[1] 李增光, 吴天行. 铁道车辆-轨道-高架桥耦合系统振动功率流分析[J]. 振动与冲击,2010, 29(11); 78-82.

[2] 付娜,李成辉. 功率流理论在无砟轨道振动研究中的应用[J]. 铁道建筑, 2017, 1;110-113

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