高架軌道輪軌噪聲預測模型及分析.pdf

1、隨著我國城市軌道交通的迅速發(fā)展，出于對路基工后沉降控制、地基條件、節(jié)約土地、工程造價、環(huán)境保護等多種因素的考慮，高速鐵路和城市軌道大多采用“以橋代路”的策略，高架軌道所占的比例越來越大。與路面線路相比，列車駛經(jīng)高架線路時道路兩側(cè)噪聲級增加2~20dBA。由于高架軌道交通作為城市交通的重要樞紐，大多穿越或位于城市中心地區(qū)，輪軌噪聲、車輛噪聲及橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動噪聲對人們生活的影響也越來越大，引起人們和各研究學者的重視。高架軌道輪軌噪聲作為

2、高架軌道的主要噪聲源，因此有必要對高架軌道輪軌噪聲進行研究。
　　輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的振動特性產(chǎn)生噪聲的直接原因，分析軌道結(jié)構(gòu)的振動是預測輪軌噪聲的前提，本文以軌道結(jié)構(gòu)的速度導納作為分析結(jié)構(gòu)振動的指標，采用解析法和有限元法兩種方法對比計算分析了高架軌道輪軌系統(tǒng)的導納特性，在此基礎(chǔ)上建立輪軌噪聲預測模型進行高架軌道輪軌噪聲預測。本文的研究內(nèi)容及獲得的主要結(jié)論如下：
　?。?）建立高架橋解析梁模型和有限元模型，分析兩種模型的可靠性，在

3、13Hz以下，梁模型的幅值比有限元模型的稍大，趨勢基本一致，在13Hz以上，有限元模型的振動幅值明顯大于梁模型，梁模型的幅值迅速衰減，而有限元模型衰減不明顯，箱梁不再表現(xiàn)為簡單的梁模型。由此可見，采用有限元法更合適。
　?。?）通過對比分析箱型梁和U型梁的振動特性，得出在低頻段橋梁的垂向振動受截面形狀的影響，U型截面梁的振動明顯大于箱型截面梁，在幾十赫茲到幾百赫茲頻段內(nèi)，橋梁截面形狀的變化對橋梁的振動影響較??；橋梁支座剛度主要影響

4、頻率在200Hz以下橋梁結(jié)構(gòu)的振動。
　?。?）建立高架軌道系統(tǒng)有限元模型，分析了高架軌道系統(tǒng)的振動特性，分析結(jié)果表明，高架軌道結(jié)構(gòu)的振動在6Hz出現(xiàn)一階峰值，對應(yīng)為高架橋的固有頻率；在200Hz處出現(xiàn)了二階峰值，對應(yīng)為鋼軌-扣件的固有頻率。
　　（4）高架橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式對高架軌道結(jié)構(gòu)振動的影響主要在20Hz以下，此頻段內(nèi)高架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的振動明顯大于剛性基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；在20Hz以上，高架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對高架軌道結(jié)構(gòu)的振動無影響。

5、　?。?）分析軌道和高架橋梁參數(shù)對高架軌道振動特性的影響，主要包括鋼軌扣件剛度、橋梁截面形式、橋梁結(jié)構(gòu)阻尼、橋梁支座剛度。
　　（6）采用ANSYS軟件建立輪對系統(tǒng)模型，采用模態(tài)分析法分析車輪的自振頻率，在車輪踏面施加諧荷載，計算車輪的徑向位移導納值。
　?。?）以車輪和鋼軌的振動特性為基礎(chǔ)，結(jié)合噪聲理論知識，對高架軌道輪軌噪聲進行預測，預測結(jié)果表明：中心頻率在250Hz以下及2000Hz以上，車輪噪聲起主導作用，在3150

6、處出現(xiàn)峰值；在250~2000Hz，鋼軌噪聲占主導地位。其中車輪噪聲出現(xiàn)了較多的峰值，在1000Hz出現(xiàn)了最低值，這主要是由于在1000Hz處車輪的導納值最小。
　?。?）分析高架輪軌噪聲的運行速度特性，速度分別取60km/h80km/hV V=、=、V=120km/h、160km/h200km/hV V=、=，隨著列車運行速度的增大，各個頻率的輪軌噪聲、鋼軌振動噪聲和車輪振動噪聲均相應(yīng)增大，且隨著列車運行速度的增大，各頻率的輪軌