基于脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下聲屏障的研究.pdf

1、高速鐵路列車(chē)提速后所產(chǎn)生的噪聲嚴(yán)重危害到人們的健康，在鐵路沿線(xiàn)設(shè)置聲屏障可以作為解決高速鐵路噪聲的有效途徑，同時(shí)其安全性也需要引起重視。論文主要基于有限元軟件ANSYS，采用分離法研究高速鐵路聲屏障動(dòng)力響應(yīng)和設(shè)置的問(wèn)題。
　　通過(guò)有限元軟件ANSYS建立高速鐵路插板式聲屏障有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，再根據(jù)德國(guó)在線(xiàn)測(cè)試得出的脈動(dòng)風(fēng)荷載計(jì)算公式計(jì)算出脈動(dòng)風(fēng)荷載時(shí)程曲線(xiàn)，用APDL語(yǔ)言將脈動(dòng)風(fēng)荷載時(shí)程曲線(xiàn)加載到聲屏障結(jié)構(gòu)上進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算

2、，得到基于脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下高速鐵路聲屏障的動(dòng)力響應(yīng)仿真結(jié)果，然后對(duì)聲屏障的設(shè)置進(jìn)行討論，最后鑒于聲屏障的主要功能是降低噪聲，故探討了吸聲材料如何選取，這將為施工方在吸聲材料的選取方面提供指導(dǎo)性的意見(jiàn)。下面對(duì)上述工作所得到的主要內(nèi)容與重要結(jié)果進(jìn)行介紹：
　　1、對(duì)比一跨和八跨兩種模型的模態(tài)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者自振頻率差別顯著，說(shuō)明相鄰聲屏障單元板之間會(huì)相互影響，在瞬態(tài)動(dòng)力分析時(shí)需要取適當(dāng)長(zhǎng)度的聲屏障來(lái)確保運(yùn)行結(jié)果合理。
　　2、

3、本文中的聲屏障模型自振頻率在10Hz以上，不在列車(chē)脈動(dòng)風(fēng)荷載所在的頻率范圍2～4Hz，結(jié)合列車(chē)脈動(dòng)風(fēng)荷載特性，故該結(jié)構(gòu)在脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下基本不會(huì)發(fā)生共振。
　　3、通過(guò)上述的模態(tài)分析結(jié)果，利用動(dòng)力學(xué)的理論知識(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣，得到阻尼比和α,β，為后文瞬態(tài)動(dòng)力分析提供依據(jù)。
　　4、通過(guò)ANSYS中的APDL語(yǔ)言，研究得出能準(zhǔn)確的將脈動(dòng)風(fēng)荷載加載到聲屏障結(jié)構(gòu)上的激勵(lì)方式。
　　5、建立2跨、4跨、6跨、8跨、10跨和

4、12跨六個(gè)模型并加載脈動(dòng)風(fēng)荷載分析研究，結(jié)果表明可以把8跨（16m）的聲屏障模型作為結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析的長(zhǎng)度。
　　6、改變列車(chē)運(yùn)行速度，分析可知，插板式聲屏障末立柱的最大位移、最大等效應(yīng)力隨著列車(chē)速度的增大呈非線(xiàn)性關(guān)系增大，多項(xiàng)式擬合發(fā)現(xiàn)，與列車(chē)速度呈二次曲線(xiàn)增長(zhǎng)，列車(chē)速度越大其增長(zhǎng)的越快，其擬合程度均在0.99以上。沿著高速列車(chē)運(yùn)行方向，立柱的最大位移和最大等效應(yīng)力均表現(xiàn)出先增大后減小再增大，直至末立柱達(dá)到最大值的分布規(guī)律，在倒

5、數(shù)第二根立柱和末立柱上的最大位移和最大等效應(yīng)力變化顯著，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意加強(qiáng)整個(gè)聲屏障結(jié)構(gòu)兩端的立柱及其相鄰的立柱。
　　7、改變外軌道中心距至聲屏障之間距離（簡(jiǎn)稱(chēng)“中心距”），分析可知，插板式聲屏障末立柱的最大位移和最大等效應(yīng)力都與中心距成冪函數(shù)曲線(xiàn)關(guān)系，隨著中心距的增大，聲屏障立柱的最大位移和最大等效應(yīng)力均越小，且下降的幅度也越小，其擬合程度均在0.969以上。
　　8、建立不同聲屏障厚度和聲屏障寬度模型可知，聲屏障厚度

6、的增大或者寬度的減小，均能使插板式聲屏障末立柱的動(dòng)力響應(yīng)非線(xiàn)性關(guān)系減小，且減小的幅度也越來(lái)越小。當(dāng)聲屏障增大到一定厚度或者減小到一定寬度后，結(jié)構(gòu)響應(yīng)的峰值減小有限。
　　9、建立不同聲屏障高度模型可知，隨著聲屏障高度的增大，插板式聲屏障末立柱的動(dòng)力響應(yīng)與聲屏障高度成非線(xiàn)性關(guān)系增大，且增大的幅度也越來(lái)越大，高度的提高使得結(jié)構(gòu)響應(yīng)時(shí)程曲線(xiàn)變化明顯，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不利。在滿(mǎn)足安全性與降噪要求的前提下，能利用降低插板式聲屏障高度來(lái)提高結(jié)構(gòu)的

7、動(dòng)力穩(wěn)定性。
　　10、基于動(dòng)力分析結(jié)果，計(jì)算列車(chē)以400km/h運(yùn)行的動(dòng)力放大系數(shù)，路基聲屏障動(dòng)力放大系數(shù)取1.59，橋面寬12m的橋梁聲屏障動(dòng)力放大系數(shù)取2.94，橋面寬13m的橋梁聲屏障動(dòng)力放大系數(shù)取2.11。
　　11、采用以上動(dòng)力放大系數(shù)，確定出等效靜力荷載，分別對(duì)路基插板式聲屏障、橋梁插板式聲屏障在一般地區(qū)和臺(tái)風(fēng)地區(qū)的設(shè)置進(jìn)行研究，并且對(duì)H型鋼立柱進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算。H型鋼立柱的底部在50年設(shè)計(jì)年限內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)疲