摘 要

声屏障作为控制噪声的一种最有效方法，在城市高架轨道交通上应用越来越普遍。但是，声屏障结构的破坏问题也逐渐暴露出来，例如螺栓脱落、亚克力板开裂等，危及列车行驶安全。其中高速铁路关于列车风荷载诱发的声屏障破坏研究早有报道，较少考虑车桥耦合振动，但对于城市轻轨交通，列车行驶速度较低，列车风荷载远不如高速铁路中显著，而轻轨列车与高架桥之间的耦合振动可能成为声屏障破坏的重要影响因素。为了研究声屏障结构的车桥耦合振动响应，本文通过数值模拟开展了城市高架桥敞开式声屏障结构的动力响应分析的研究工作，主要包括：

（1）结合实际工程利用 ANSYS 软件建立城市高架桥/声屏障结构的有限元模型；分析城市高架桥/声屏障结构的动力特性，并验证有效性。

（2）分别探讨声屏障结构形式、车速、桥跨等对城市轻轨交通声屏障的影响规律。

（3）计算声屏障结构的车桥耦合振动响应。

关键词：直线高架桥；敞开式声屏障；动力响应；车桥耦合作用；低速列车

Abstract

As one of the most effective methods to control noise, noise barrier is more and more widely used in urban elevated rail transit. However, the damage of the noise barrier structure is gradually exposed, such as bolt shedding, acrylic plate cracking and so on, which endangers the safety of train operation. Among them, the research on the damage of noise barrier induced by train wind load in high-speed railway has been reported for a long time, and the coupling vibration between train and bridge is seldom considered. However, for urban light rail traffic, train speed is low, and train wind load is far less significant than that in high-speed railway. The coupling vibration between light rail train and viaduct may be an important factor affecting the damage of noise barrier. In order to study the vehicle-bridge coupling vibration response of the noise barrier structure, the dynamic response analysis of the open noise barrier structure of the urban viaduct is carried out through numerical simulation in this paper, mainly including:

1. The finite element model of urban viaduct/noise barrier structure is established by ANSYS software in combination with practical engineering. The dynamic characteristics of urban viaduct/noise barrier structure are analyzed and the validity is verified.
2. The effects of structure, vehicle speed and bridge span of noise barrier on urban light rail traffic noise barrier are discussed respectively.
3. The vehicle-bridge coupling vibration response of the noise barrier structure is calculated.

Key words: curved viaduct; semi-closed noise barrier; dynamic response; vehicle-bridge interaction; low speed train

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 4

1.1 研究背景与意义 4

1.2 国内外研究现状 4

1.2.1 桥梁和声屏障结构的自振特性 4

1.2.2 声屏障的动力响应分析 5

1.3 存在的问题 6

1.4 本文所做的工作及创新点 7

第2章 高架桥/声屏障结构系统的动力特性 8

2.1 声屏障结构的发展概况 8

2.1.1 声屏障工作原理 8

2.1.2 声屏障材料研究 9

2.1.3 声屏障的分类 10

2.2 高架桥/声屏障结构模型的建立 11

2.3 高架桥/声屏障结构模型的验证 13

2.4 本章小结 14

第3章 敞开式声屏障的车桥耦合振动响应 15

3.1 基本工况分析 15

3.2 列车速度的影响分析 19

3.3 桥梁跨度的影响分析 21

3.4 本章小结 23

第4章 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

中国经济的高速发展，城市化进程的不断加快，城市与城市之间、城市内部建立起了快捷的交通路线网。这些高速公路、城市道路等难免会穿越人口密集的居住区，就此产生的交通噪声给道路附近居民的生活、工作和学习带来了一定程度的干扰。据研究表明：交通干线周围的夜间交通噪声达到65dB时，对居民的睡眠有轻微影响；当交通噪声达到69 dB时，周围所有处于轻睡状态的居民都会被惊醒；当交通噪声达到74dB时，除了处于酣睡状态的人，其他居民均会被噪声惊醒。可见交通噪声对沿线居民的影响非常大，并且危害人们的身心健康。

声屏障作为控制噪声的一种最有效方法，在城市高架轨道交通上应用越来越普遍。但是，声屏障结构的破坏问题也逐渐暴露出来，例如螺栓脱落、亚克力板开裂等，危及列车行驶安全。其中高速铁路关于列车风荷载诱发的声屏障破坏研究早有报道，较少考虑车桥耦合振动，但对于城市轻轨交通，列车行驶速度较低，列车风荷载远不如高速铁路中显著，而轻轨列车与高架桥之间的耦合振动可能成为声屏障破坏的重要影响因素。因此，研究轻轨列车诱发敞开式声屏障的动力响应规律是十分有必要的。

本文将基于城市高架桥敞开式声屏障结构的动力响应进行研究，结合实际工程需要，分析敞开式声屏障结构形式下声屏障动力响应的影响规律。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 桥梁和声屏障结构的自振特性

与高速铁路相比，轻轨列车的动力分析研究得较少。并且由于轻轨列车与高架桥之间的耦合振动的影响，使得问题复杂化，从而将动力响应分析转化为一个非常复杂的数学过程。美国等国家在修建轻轨列车时，对列车通过桥梁等结构时引起的振动，做了大量的研究工作，利用通用有限元软件Ansys建立插板式声屏障有限元分析模型，对脉动风荷载作用下的声屏障立柱和面板的动力响应进行瞬态分析，结果表明声屏障结构最大的动力响应发生在倒数第二根立柱的顶端，面板的最大动力响应发生在面板与倒数第二根立柱顶端接触的地方，且面板的最大动力响应要略小于立柱的最大动力响应。声屏障立柱和面板的位移、加速度峰值随列车运行速度的提高而增大，随声屏障距线路中心距的增大而减小。运用基于Matlab的傅立叶变换对声屏障立柱和面板的位移峰值进行频谱分析，结果表明声屏障结构不会发生共振。