【摘要】：我國軌道交通的發(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)展必須滿足綠色、環(huán)保、智能、可持續(xù)等社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念,因此在快速發(fā)展過程中的安全性、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極大便利的同時(shí)也引起了環(huán)境方面問題的困擾,其中噪聲問題最為突出。對于軌道交通中的高架線路,列車通過時(shí)引起橋梁的振動輻射聲波,進(jìn)而增強(qiáng)了整體的噪聲水平;并且混凝土簡支箱梁橋在我國應(yīng)用最為廣泛,因此有必要對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。線路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的動力學(xué)求解直接影響結(jié)構(gòu)聲輻射預(yù)測的準(zhǔn)確性,引入精細(xì)的列車-軌道-橋梁耦合動力學(xué)模型能夠?yàn)榫�路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的聲輻射預(yù)測建立基礎(chǔ)。聲學(xué)機(jī)理相比于振動原理更加復(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,將會使高架線路結(jié)構(gòu)聲輻射問題的研究更加全面,并且更加符合客觀的實(shí)際情況。因此本文以我國軌道交通中的混凝土簡支箱梁橋?yàn)橹饕芯繉ο?進(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究工作:首先,基于列車-軌道-橋梁相互作用理論和聲學(xué)邊界元理論,建立了列車-軌道-橋梁耦合動力學(xué)模型和聲學(xué)邊界元模型對箱梁橋的聲輻射進(jìn)行預(yù)測,其中車輛模型為經(jīng)典的35自由度理論模型,線路基礎(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,包括低于可聽閾的次聲波段。然后基于箱梁橋的聲輻射機(jī)理和特性,開展了針對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。最后對高架箱梁橋安裝聲屏障區(qū)段的整體結(jié)構(gòu)聲輻射問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過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聲輻射主要以低頻為主,在低于可聽閾的頻段箱梁橋同樣能夠輻射很強(qiáng)的次聲波,對人類和生態(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,對輻射的次聲同樣需要高度關(guān)注。此外只有列車通過時(shí)箱梁橋才會輻射聲波,因此可采用突發(fā)性噪聲來評價(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)境評價(jià)可主要依據(jù)對周邊居民生活區(qū)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(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。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),主要是通過小幅振動在共振效應(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)作用下的劇烈振動引起,并且在主振頻段箱梁橋腔體內(nèi)的流體運(yùn)動存在多個(gè)簡正頻率,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。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:針對箱梁橋的主要聲輻射部件進(jìn)行設(shè)計(jì),通過改變箱梁橋的自振特性、外激勵(lì)作用的振動分布以及減小箱梁橋的振動響應(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,聲屏障自身在車致振動作用下成為聲源,將與箱梁橋的聲輻射共同作用進(jìn)而影響整體高架線路結(jié)構(gòu)的聲輻射;并且能夠明顯改變整體高架線路結(jié)構(gòu)聲輻射的聲場分布。
【圖文】：

蘭州交通大學(xué)博士學(xué)位論文高增長更快。Thompson 教授在這篇綜述性論文中同時(shí)指出了氣動噪聲的，包括理論分析、數(shù)值預(yù)測和試驗(yàn)研究等，為今后有關(guān)氣動噪聲的研究指向。上述兩種噪聲類型存在于大部分的軌道交通線路中，而在高架線路中時(shí)振動能量可進(jìn)一步傳遞給橋梁和安裝在其兩側(cè)的聲屏障，引起高架線路而向外輻射結(jié)構(gòu)噪聲，將會明顯增強(qiáng)高架線路的噪聲水平，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)較低的高架線代替地下線，因此軌道交通中高架線路輻射的結(jié)構(gòu)噪究的熱點(diǎn)問題之一。當(dāng)振動能量較大時(shí)，可進(jìn)一步通過土壤的傳遞引起周動輻射噪聲[17,18]。

圖 1.3 我國高速鐵路部分線路中的橋梁所占比作為降低軌道交通運(yùn)營噪聲的主要措施，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運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的線氣動噪聲等，，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經(jīng)過時(shí)聲屏障在車致振動作用下同樣會引起自身的振動向通線路中的聲源之一。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U441;U448.213


本文編號：2619419