摘 要

随着科技和技术的发展，人们生活水平的不断提高，交通工具的不断发展，轨道交通与人们的生活产生着越来越紧密的联系，轨道交通在通过一些城区敏感点时，需要采取必要的噪声控制措施；对于轨道交通的噪声问题，设立屏障是非常有用的方法。

随着轻轨高架桥的声屏障迅速发展及声屏障的普遍应用，轻轨高架桥声屏障的破坏问题逐渐破坏出来，近年来不断出现了螺栓脱落、亚克力板开裂等情况，危及列车行驶安全。高速运行的轨道交通中出现类似的破坏现象早就引起人们的关注，并已有很多关于列车风荷载引起的声屏障振动的研究，但是对于较低速度运营的轻轨交通，列车风荷载远不如高速轨道中明显，列车与桥梁之间的耦合振动可能称为声屏障破坏的重要影响因素。本文主要利用ANSYS有限元软件建模，采用移动荷载列的加载方式，计算得出声屏障的振动加速度以及频谱反应图，对比实测数据，研究车桥耦合振动可能导致的声屏障的破坏影响。研究结果表明列车荷载的作用位置是声屏障产生破坏的重要影响因素，声屏障的水平横向振动在声屏障的动力响应中占主要部分。

关键词：轨道交通、车桥耦合、声屏障

Abstract

With the rapid development of science and technology, and the improving of our life, the transport tools are developing very fast, so it is with the railway. The railway is getting more and more close to everybody’s life. It is necessary to take necessary noise control measures when the railway traffic passing through some sensitive spots in urban areas. It is very useful to set up barriers for rail traffic noise problems.

With the widespread application of noise barrier and the rapid development of rail viaduct, the damage problem of the noise barrier is getting more and more serious. In recent years the bolts fall off and the acrylic plate crack more and more frequently, it causes great damage to the safety running of the railway. The similar damage phenomenon has caused people’s attention in the high-speed railway, and it has already caused many researches about the vibration of the noise barrier caused by train draft pressure. But when it comes to the low speed railway structure, the train draft pressure is not as remarkable as it is in the high speed railway structure. This article uses ANSYS finite element software, using the loading mode of moving load column, working out the vibration acceleration and the spectrogram of the noise barrier. And contrast it to the actual measurement, do researches on the damage on the noise barrier caused by the Vehicle-bridge interaction. The result of the research points out that the load position of the train pressure is the most important influence factor of the noise barrier’s damage. The horizontal vibration of the noise barrier is the mainly part of the dynamic response of noise barrier.

Key words: railway, Vehicle-bridge interaction, noise barrier

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1研究历史 1

1.2.2 国内外研究现状 2

1.3 本文完成的主要工作 3

第2章 桥梁声屏障的车致振动的现场测试及数据分析 4

2.1工程概况 4

2.2试验仪器和设备 6

2.3试验内容及步骤 6

2.4试验数据分析 8

2.5本章小结 14

第3章 桥梁-声屏障有限元模型的建立 16

3.1有限元基本理论的介绍 16

3.2桥梁-声屏障有限元模型的建立 16

3.3桥梁声屏障有限元模型的验证 17

3.4本章小结 19

第4章 桥梁-声屏障的动力响应分析 20

4.1荷载的输入 20

4.1.1车辆荷载模型 20

4.1.2加载方式简介 20

4.1.3等效节点荷载 21

4.1.4阻尼矩阵 21

4.2计算方法的选取与验证 22

4.2.1计算方法选取 22

4.2.2计算方法验证 23

4.3计算结果与分析 24

4.3.1声屏障H型钢立柱顶端3#计算结果与分析 24

4.3.2 亚克力板7＃点的计算结果与分析 26

4.3.3桥梁跨中1#的计算结果与分析 27

4.4本章小结 29

第5章 结论与展望 30

5.1结论 30

5.2展望 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

轻轨交通在其桥架穿越城区一些噪声敏感点（如医院、学校、居民住宅等）时，需要采取必要的噪声控制措施；对于轨道交通噪声问题，设立声屏障是一个非常有效的方法。

随着轻轨交通系统的迅速发展及声屏障在其噪声控制上的普遍应用，轻轨高架桥声屏障的破坏问题逐渐暴露出来，近年我国某市轨道交通的桥梁声屏障就出现了螺栓脱落、亚克力板开裂等现象，危及列车行驶安全。其实，在高速轨道交通中早就出现类似破坏现象而引起人们关注，并已有了许多关于列车风荷载引起声屏障振动的研究；但是，对于以较低速度运营的轻轨交通，列车风荷载远不如高速轨道中显著，而列车与桥梁之间的耦合振动可能成为声屏障破坏的重要影响因素。所以本文研究的就是车桥之间耦合振动可能导致的声屏障的破坏影响。

1.2 国内外研究现状

1.2.1研究历史

Willis^【1】是最早开展车桥耦合振动研究的学者之一，他在该领域展开了较为系统的研究工作：采用忽略桥梁本身重量的方法，建立了车-桥系统的振动方程，并求解出了其解析解的近似值。1934年，C.E.Inglis将机车动轮不平衡重的锤击力视为沿桥梁移动的单个集中荷载，考虑机车和桥梁质量忽略机车弹簧体系和轮轨不平顺得出了车桥系统变系数竖向振动微分方程，并用试算法求出方程近似解，虽然对人为忽略了某些因素，但是对桥梁体系竖向振动理论研究迈出了一步。1960年，N.N.Kaᴂи以机车动轮不平衡的锤击力为激励源，近似考虑机车及车辆的质量和桥梁阻尼，将简支梁取为单自由度体系，得出计算桥梁跨中竖向振动变系数微分方程，但未考虑机车车辆的弹簧作用和轮轨不平顺。1964至1972年，弗里巴取单个机车为簧上簧下两个自由度，以机车动轮不平衡的周期锤击力及轮轨不平顺为激振源，考虑车辆质量、弹簧特性及其进桥时的初始条件、假设桥面不平顺为谐函数及桥面系具有谐变弹簧刚度，建立了车桥体系的三个变系数竖向振动微分方程。这些都是车桥振动分析方法的雏形。50年代以来，由于有限元法的问世，随着计算机的广泛应用，车桥系统动力仿真研究得到了长足进步，从车桥系统的力学模型、激振源的模拟到研究方法和计算手段都有了质的飞跃。人们可以建立比较真实的车辆和桥梁计算模型，然后用数值模拟法计算车辆和桥梁系统的耦合振动影响。

1.2.2 国内外研究现状

最初的欧洲铁路委员会^【2】研究并制定了对欧洲铁路专用的铁路标准,该标准描述了列车产生风压的形式，虽然它隐含了静定加载的假定而没有考虑结构的共振放大。随后英国学者贝克尔^【3】等人研究出欧洲大陆的的实验数据会导致不恰当的压力计算，不适用于英国本土并提出了计算改正方法，并且也考虑了轻质或易弯曲结构可能出现的疲劳计算。在德国对于声屏障的动力响应效果也做了研究，虽然调查是有限的并不能应用到各个国家^【4】。在日本，学者根据本国的情况进行研究，在欧洲研究基础上对列车风压系数进行了修正，并已出了基于模拟的精确方法和基于静力设计荷载的简单方法^【5】。研究表明当列车速度高时，列车风压对声屏障的振动起主要作用；当运行速度较低时车桥耦合振动对声屏障振动起主要作用，列车风压共振效应和尾脉冲重叠效应可以忽略不计。