本文關(guān)鍵詞： 耦合振動 隨機振動 噪聲預(yù)測 高架橋梁 高速鐵路　出處：《蘭州交通大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：由于高速鐵路在我國快速的發(fā)展和橋梁結(jié)構(gòu)在我國高速鐵路線路中占比高等原因,高速列車通過高架橋梁時引起的橋梁結(jié)構(gòu)振動和噪聲輻射問題已成為人們關(guān)注的行業(yè)熱點問題之一。分析橋梁結(jié)構(gòu)的振動和噪聲輻射,對于確保橋梁使用與安全,提高乘坐舒適性,降低高速鐵路運營引起的振動和噪聲對沿線居民和結(jié)構(gòu)建筑的影響有重要的理論價值和工程應(yīng)用價值。本文以高速鐵路簡支箱梁橋為研究對象,建立考慮軌道結(jié)構(gòu)參振的車橋垂向耦合振動模型和高架箱梁橋結(jié)構(gòu)聲學(xué)分析模型以分析橋梁結(jié)構(gòu)的振動和噪聲輻射。首先建立高速列車車輛-軌道-橋梁耦合動力學(xué)系統(tǒng)。將車輛看作具有10自由度的多剛體系統(tǒng),推導(dǎo)出車輛系統(tǒng)的動柔度;扣件系統(tǒng)和CA砂漿層用線性彈性阻尼單元模擬。將鋼軌看作無限長Timoshenko梁、軌道板簡化為自由-自由的Euler梁、橋梁簡化為簡支Euler梁,從而將軌道-橋梁相互作用系統(tǒng)簡化為疊合梁模型,再利用動柔度的思想求得軌道-橋梁相互作用系統(tǒng)疊合梁模型的動柔度;隨后進一步將軌道板簡化為四邊自由的kirchhoff薄板模型,用有限元方法建立橋梁結(jié)構(gòu)的有限元模型,從而建立了三維的軌道-橋梁相互作用系統(tǒng)。通過輪軌相互作用關(guān)系將車輛子系統(tǒng)和軌道-橋梁相互作用系統(tǒng)耦合成車輛-軌道-橋梁耦合動力學(xué)模型。然后利用高速列車車輛-軌道-橋梁耦合動力學(xué)模型,求解輪軌幾何不平順激勵下的垂向輪軌動態(tài)相互作用力和軌道、橋梁結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)。又利用虛擬激勵法分析了輪軌隨機不平順激勵下軌道和橋梁結(jié)構(gòu)的隨機振動。最后利用有限元/邊界元法,以輪軌幾何不平順激勵下的垂向輪軌動態(tài)相互作用力作為載荷,求解橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型的動力學(xué)響應(yīng),再以橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型的動力學(xué)響應(yīng)為邊界條件分析橋梁結(jié)構(gòu)的噪聲輻射特性。通過以上研究,得出以下結(jié)論:橋梁結(jié)構(gòu)的整體振動模態(tài)主要集中在低頻段;在較高的頻域范圍,橋梁主要以局部振動模態(tài)為主,且主要以翼板的陣型為主。板殼單元能夠很好的反映包括頂板、腹板、底板的局部模態(tài)陣型,因此適合用于橋梁結(jié)構(gòu)的振動及噪聲輻射分析。隨著頻率的增加,鋼軌的垂向動柔度幅值大于軌道板的動柔度幅值,軌道板的動柔度幅值大于橋梁的動柔度幅值。整個頻率范圍內(nèi),鋼軌的動柔度相位角始終處于負(fù)值,而軌道板與橋梁的動柔度相位變化比較復(fù)雜,特別是在1000Hz以上隨著頻率的增加呈現(xiàn)較為明顯的震蕩趨勢。鋼軌振動沿縱向的衰減率變化較簡單,在1000Hz以下衰減較明顯而在1000Hz以上衰減較小,軌道板和橋梁的振動沿縱向的衰減率變化較復(fù)雜。在車速為250km/h時,在輪軌幾何不平順激勵下或在德國低干擾譜及Sato譜激勵下,車體的垂向振動加速度主要集中在10Hz以下的低頻段。鋼軌垂向振動加速度主要集中在500~3500Hz頻段,特別是1000Hz左右,而在低頻段很小;軌道板的垂向振動加速度主要集中300Hz~1500Hz的中高頻段;橋梁垂向振動加速度主要集中在300Hz以下的低頻段,在300Hz以上幾乎為零。鋼軌吸振器在其前兩階共振頻率附近對軌道-橋梁相互作用系統(tǒng)的垂向振動產(chǎn)生較明顯的影響,其他頻段幾乎不產(chǎn)生影響�？傮w上,鋼軌吸振器對鋼軌的振動影響是最大的,對軌道板的影響次之,對高架橋梁的影響最小。橋梁結(jié)構(gòu)噪聲的聲場分布在橋面上方較橋梁底板下方更有規(guī)律性,且橋面上方聲場聲壓總體上也較橋梁底板下方的大;隨著離橋梁結(jié)構(gòu)的距離增加,聲場場點的聲壓值減小,且聲場分布也越來越復(fù)雜。在低頻段,聲場分布較簡單,隨著頻率的增加聲場分布也越來越復(fù)雜,在高頻區(qū)域,聲場分布出現(xiàn)分層現(xiàn)象�？傮w上而言隨著場點距離橋梁結(jié)構(gòu)距離的增加,聲壓減小,特別是在70Hz左右以下頻段,這種變化趨勢呈現(xiàn)較明顯的線性關(guān)系;各場點聲壓在50Hz左右達到最大值;隨著頻率的增加各場點聲壓出現(xiàn)波動變化,場點間的聲壓差值也不再是簡單地隨著距橋梁距離的增加而減小,而是變得比較復(fù)雜。
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【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U441.3

【共引文獻】

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本文編號：1490541