基于脈動風(fēng)荷載作用下聲屏障的研究.pdf

1、高速鐵路列車提速后所產(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力響應(yīng)和設(shè)置的問題。
　　通過有限元軟件ANSYS建立高速鐵路插板式聲屏障有限元模型進行模態(tài)分析，再根據(jù)德國在線測試得出的脈動風(fēng)荷載計算公式計算出脈動風(fēng)荷載時程曲線，用APDL語言將脈動風(fēng)荷載時程曲線加載到聲屏障結(jié)構(gòu)上進行數(shù)值模擬計算

2、，得到基于脈動風(fēng)荷載作用下高速鐵路聲屏障的動力響應(yīng)仿真結(jié)果，然后對聲屏障的設(shè)置進行討論，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。下面對上述工作所得到的主要內(nèi)容與重要結(jié)果進行介紹：
　　1、對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，說明相鄰聲屏障單元板之間會相互影響，在瞬態(tài)動力分析時需要取適當(dāng)長度的聲屏障來確保運行結(jié)果合理。
　　2、

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

4、12跨六個模型并加載脈動風(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)動力響應(yīng)分析的長度。
　　6、改變列車運行速度，分析可知，插板式聲屏障末立柱的最大位移、最大等效應(yīng)力隨著列車速度的增大呈非線性關(guān)系增大，多項式擬合發(fā)現(xiàn)，與列車速度呈二次曲線增長，列車速度越大其增長的越快，其擬合程度均在0.99以上。沿著高速列車運行方向，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)計時應(yīng)該注意加強整個聲屏障結(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（簡稱“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力響應(yīng)非線性關(guān)系減小，且減小的幅度也越來越小。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力響應(yīng)與聲屏障高度成非線性關(guān)系增大，且增大的幅度也越來越大，高度的提高使得結(jié)構(gòu)響應(yīng)時程曲線變化明顯，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不利。在滿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提高結(jié)構(gòu)的

7、動力穩(wěn)定性。
　　10、基于動力分析結(jié)果，計算列車以400km/h運行的動力放大系數(shù)，路基聲屏障動力放大系數(shù)取1.59，橋面寬12m的橋梁聲屏障動力放大系數(shù)取2.94，橋面寬13m的橋梁聲屏障動力放大系數(shù)取2.11。
　　11、采用以上動力放大系數(shù)，確定出等效靜力荷載，分別對路基插板式聲屏障、橋梁插板式聲屏障在一般地區(qū)和臺風(fēng)地區(qū)的設(shè)置進行研究，并且對H型鋼立柱進行疲勞強度的驗算。H型鋼立柱的底部在50年設(shè)計年限內(nèi)可能會出現(xiàn)疲