基于脈動風荷載作用下聲屏障的研究.pdf

1、高速鐵路列車提速后所產生的噪聲嚴重危害到人們的健康，在鐵路沿線設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和設置的問題。
　　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荷載計算公式計算出脈動風荷載時程曲線，用APDL語言將脈動風荷載時程曲線加載到聲屏障結構上進行數(shù)值模擬計算

2、，得到基于脈動風荷載作用下高速鐵路聲屏障的動力響應仿真結果，然后對聲屏障的設置進行討論，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性的意見。下面對上述工作所得到的主要內容與重要結果進行介紹：
　　1、對比一跨和八跨兩種模型的模態(tài)分析結果，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長度的聲屏障來確保運行結果合理。
　　2、

3、本文中的聲屏障模型自振頻率在10Hz以上，不在列車脈動風荷載所在的頻率范圍2～4Hz，結合列車脈動風荷載特性，故該結構在脈動風荷載作用下基本不會發(fā)生共振。
　　3、通過上述的模態(tài)分析結果，利用動力學的理論知識計算結構的阻尼矩陣，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，研究得出能準確的將脈動風荷載加載到聲屏障結構上的激勵方式。
　　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荷載分析研究，結果表明可以把8跨（16m）的聲屏障模型作為結構動力響應分析的長度。
　　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、最大等效應力隨著列車速度的增大呈非線性關系增大，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力變化顯著，在設計時應該注意加強整個聲屏障結構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力都與中心距成冪函數(shù)曲線關系，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非線性關系減小，且減小的幅度也越來越小。當聲屏障增大到一定厚度或者減小到一定寬度后，結構響應的峰值減小有限。
　　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與聲屏障高度成非線性關系增大，且增大的幅度也越來越大，高度的提高使得結構響應時程曲線變化明顯，對結構穩(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構的

7、動力穩(wěn)定性。
　　10、基于動力分析結果，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)和臺風地區(qū)的設置進行研究，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年設計年限內可能會出現(xiàn)疲