【摘要】：我國(guó)軌道交通的發(fā)展已取得了舉世矚目的成就,同時(shí)也面臨著更多的挑戰(zhàn)。軌道交通新時(shí)期的發(fā)展必須滿(mǎn)足綠色、環(huán)保、智能、可持續(xù)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念,因此在快速發(fā)展過(guò)程中的安全性、舒適性、環(huán)保性以及可靠性等方面的要求也會(huì)不斷提高。城市軌道交通和高速鐵路與人們的生活有著密切的關(guān)系,這兩種軌道交通在為人們的出行帶來(lái)極大便利的同時(shí)也引起了環(huán)境方面問(wèn)題的困擾,其中噪聲問(wèn)題最為突出。對(duì)于軌道交通中的高架線(xiàn)路,列車(chē)通過(guò)時(shí)引起橋梁的振動(dòng)輻射聲波,進(jìn)而增強(qiáng)了整體的噪聲水平;并且混凝土簡(jiǎn)支箱梁橋在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛,因此有必要對(duì)軌道交通混凝土高架箱梁橋結(jié)構(gòu)聲輻射的產(chǎn)生機(jī)理與特性進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。線(xiàn)路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)求解直接影響結(jié)構(gòu)聲輻射預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,引入精細(xì)的列車(chē)-軌道-橋梁耦合動(dòng)力學(xué)模型能夠?yàn)榫�(xiàn)路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)測(cè)建立基礎(chǔ)。聲學(xué)機(jī)理相比于振動(dòng)原理更加復(fù)雜,只有以箱梁橋的聲輻射機(jī)理為基礎(chǔ),才能合理有效地提出降噪方案,避免設(shè)計(jì)時(shí)的盲目性。對(duì)降噪方案的降噪機(jī)理進(jìn)行研究,能夠進(jìn)一步為軌道交通箱梁橋減振降噪方案的提出和優(yōu)化改進(jìn)提供一定的理論指導(dǎo)。在高架橋上安裝聲屏障,必然會(huì)改變整體結(jié)構(gòu)的聲輻射;引入聲屏障的結(jié)構(gòu)聲輻射,將會(huì)使高架線(xiàn)路結(jié)構(gòu)聲輻射問(wèn)題的研究更加全面,并且更加符合客觀的實(shí)際情況。因此本文以我國(guó)軌道交通中的混凝土簡(jiǎn)支箱梁橋?yàn)橹饕芯繉?duì)象,進(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究工作:首先,基于列車(chē)-軌道-橋梁相互作用理論和聲學(xué)邊界元理論,建立了列車(chē)-軌道-橋梁耦合動(dòng)力學(xué)模型和聲學(xué)邊界元模型對(duì)箱梁橋的聲輻射進(jìn)行預(yù)測(cè),其中車(chē)輛模型為經(jīng)典的35自由度理論模型,線(xiàn)路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)則采用有限元模型。其次利用結(jié)構(gòu)聲學(xué)原理對(duì)軌道交通箱梁橋的聲輻射機(jī)理進(jìn)行了深入研究,并系統(tǒng)的研究了城市軌道交通和高速鐵路箱梁橋的聲輻射特性,包括低于可聽(tīng)閾的次聲波段。然后基于箱梁橋的聲輻射機(jī)理和特性,開(kāi)展了針對(duì)高速鐵路箱梁橋的低噪聲橋型設(shè)計(jì)和減振降噪措施的研究;在此基礎(chǔ)上深入探究了設(shè)計(jì)方案的降噪機(jī)理。最后對(duì)高架箱梁橋安裝聲屏障區(qū)段的整體結(jié)構(gòu)聲輻射問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過(guò)上述研究主要獲得了以下研究成果:第一,軌道交通箱梁橋的振動(dòng)聲輻射主要以低頻為主,在低于可聽(tīng)閾的頻段箱梁橋同樣能夠輻射很強(qiáng)的次聲波,對(duì)人類(lèi)和生態(tài)環(huán)境具有極大地影響,因此在研究軌道交通箱梁橋的聲輻射時(shí)不能僅著眼于噪聲,對(duì)輻射的次聲同樣需要高度關(guān)注。此外只有列車(chē)通過(guò)時(shí)箱梁橋才會(huì)輻射聲波,因此可采用突發(fā)性噪聲來(lái)評(píng)價(jià)軌道交通箱梁橋的聲輻射;目前由軌道交通引起的聲環(huán)境評(píng)價(jià)可主要依據(jù)對(duì)周邊居民生活區(qū)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。第二,結(jié)構(gòu)聲學(xué)理論中與箱梁橋聲輻射相關(guān)的原理主要包括共振效應(yīng)、模態(tài)聲輻射效率理論、聲波導(dǎo)管理論以及外激勵(lì)引起的劇烈振動(dòng)。依據(jù)軌道交通箱梁橋表現(xiàn)出較強(qiáng)的聲輻射能力,可將其主要的聲輻射頻段劃分為兩個(gè)區(qū)段,但機(jī)理卻有所不同:在較低頻段引起箱梁橋聲輻射的原因與其自身特性密切相關(guān),主要是通過(guò)小幅振動(dòng)在共振效應(yīng)、模態(tài)聲輻射效率或者箱梁橋腔體形成聲腔的影響下具有較強(qiáng)的聲輻射能力;在主振頻段主要是由外激勵(lì)作用下的劇烈振動(dòng)引起,并且在主振頻段箱梁橋腔體內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)存在多個(gè)簡(jiǎn)正頻率,在外激勵(lì)作用下可在箱梁橋腔體內(nèi)形成高次波,箱梁橋由此成為聲腔進(jìn)一步增強(qiáng)箱梁橋輻射的結(jié)構(gòu)噪聲�？傮w而言,由箱梁橋自身特性引起的聲輻射能力甚至高于外激勵(lì)作用的劇烈振動(dòng)。第三,依據(jù)軌道交通箱梁橋的聲輻射機(jī)理與特性可以更加有效地開(kāi)展箱梁橋低噪聲橋型設(shè)計(jì)和減振降噪措施的研究:針對(duì)箱梁橋的主要聲輻射部件進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)改變箱梁橋的自振特性、外激勵(lì)作用的振動(dòng)分布以及減小箱梁橋的振動(dòng)響應(yīng)等方法,避免共振效應(yīng)的影響、抑制箱梁橋的聲輻射能力以及與減振共同作用來(lái)降低箱梁橋的聲輻射,在相關(guān)設(shè)計(jì)中則更具合理性和有效性。第四,在軌道交通箱梁橋上安裝聲屏障,聲屏障自身在車(chē)致振動(dòng)作用下成為聲源,將與箱梁橋的聲輻射共同作用進(jìn)而影響整體高架線(xiàn)路結(jié)構(gòu)的聲輻射;并且能夠明顯改變整體高架線(xiàn)路結(jié)構(gòu)聲輻射的聲場(chǎng)分布。
【圖文】：

蘭州交通大學(xué)博士學(xué)位論文高增長(zhǎng)更快。Thompson 教授在這篇綜述性論文中同時(shí)指出了氣動(dòng)噪聲的，包括理論分析、數(shù)值預(yù)測(cè)和試驗(yàn)研究等，為今后有關(guān)氣動(dòng)噪聲的研究指向。上述兩種噪聲類(lèi)型存在于大部分的軌道交通線(xiàn)路中，而在高架線(xiàn)路中時(shí)振動(dòng)能量可進(jìn)一步傳遞給橋梁和安裝在其兩側(cè)的聲屏障，引起高架線(xiàn)路而向外輻射結(jié)構(gòu)噪聲，將會(huì)明顯增強(qiáng)高架線(xiàn)路的噪聲水平，導(dǎo)致這一區(qū)段加嚴(yán)重。另外，如圖 1.3 給出的我國(guó)部分高速鐵路中橋梁所占的比例，表鐵路中的橋占比極大[16]；并且在城市邊緣以及郊區(qū)或者是市際軌道交通慮造價(jià)較低的高架線(xiàn)代替地下線(xiàn)，因此軌道交通中高架線(xiàn)路輻射的結(jié)構(gòu)噪究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。當(dāng)振動(dòng)能量較大時(shí)，可進(jìn)一步通過(guò)土壤的傳遞引起周動(dòng)輻射噪聲[17,18]。

圖 1.3 我國(guó)高速鐵路部分線(xiàn)路中的橋梁所占比作為降低軌道交通運(yùn)營(yíng)噪聲的主要措施，橋上的聲屏障按照型式（2.0m、2.5m、3.0m、3.5m 和 4m）、折壁式聲屏障（3.0m、3（3.0m、3.5m 和 4m）以及全封閉式聲屏障[19]，聲屏障在軌道交.4(b)所示。目前的研究指出聲屏障主要控制列車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的線(xiàn)氣動(dòng)噪聲等，，卻很難抑制橋梁結(jié)構(gòu)輻射的噪聲。此外聲屏障作為列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)聲屏障在車(chē)致振動(dòng)作用下同樣會(huì)引起自身的振動(dòng)向通線(xiàn)路中的聲源之一。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U441;U448.213


本文編號(hào)：2619419