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原文传递基于脉动风荷载作用下声屏障的研究

论文题名：	基于脉动风荷载作用下声屏障的研究
关键词：	铁路列车;脉动风荷载;声屏障结构;动力响应;噪声频谱
摘要：	高速铁路列车提速后所产生的噪声严重危害到人们的健康，在铁路沿线设置声屏障可以作为解决高速铁路噪声的有效途径，同时其安全性也需要引起重视。论文主要基于有限元软件ANSYS，采用分离法研究高速铁路声屏障动力响应和设置的问题。　　通过有限元软件ANSYS建立高速铁路插板式声屏障有限元模型进行模态分析，再根据德国在线测试得出的脉动风荷载计算公式计算出脉动风荷载时程曲线，用APDL语言将脉动风荷载时程曲线加载到声屏障结构上进行数值模拟计算，得到基于脉动风荷载作用下高速铁路声屏障的动力响应仿真结果，然后对声屏障的设置进行讨论，最后鉴于声屏障的主要功能是降低噪声，故探讨了吸声材料如何选取，这将为施工方在吸声材料的选取方面提供指导性的意见。下面对上述工作所得到的主要内容与重要结果进行介绍：　　1、对比一跨和八跨两种模型的模态分析结果，发现两者自振频率差别显著，说明相邻声屏障单元板之间会相互影响，在瞬态动力分析时需要取适当长度的声屏障来确保运行结果合理。　　2、本文中的声屏障模型自振频率在10Hz以上，不在列车脉动风荷载所在的频率范围2～4Hz，结合列车脉动风荷载特性，故该结构在脉动风荷载作用下基本不会发生共振。　　3、通过上述的模态分析结果，利用动力学的理论知识计算结构的阻尼矩阵，得到阻尼比和α,β，为后文瞬态动力分析提供依据。　　4、通过ANSYS中的APDL语言，研究得出能准确的将脉动风荷载加载到声屏障结构上的激励方式。　　5、建立2跨、4跨、6跨、8跨、10跨和12跨六个模型并加载脉动风荷载分析研究，结果表明可以把8跨（16m）的声屏障模型作为结构动力响应分析的长度。　　6、改变列车运行速度，分析可知，插板式声屏障末立柱的最大位移、最大等效应力随着列车速度的增大呈非线性关系增大，多项式拟合发现，与列车速度呈二次曲线增长，列车速度越大其增长的越快，其拟合程度均在0.99以上。沿着高速列车运行方向，立柱的最大位移和最大等效应力均表现出先增大后减小再增大，直至末立柱达到最大值的分布规律，在倒数第二根立柱和末立柱上的最大位移和最大等效应力变化显著，在设计时应该注意加强整个声屏障结构两端的立柱及其相邻的立柱。　　7、改变外轨道中心距至声屏障之间距离（简称“中心距”），分析可知，插板式声屏障末立柱的最大位移和最大等效应力都与中心距成幂函数曲线关系，随着中心距的增大，声屏障立柱的最大位移和最大等效应力均越小，且下降的幅度也越小，其拟合程度均在0.969以上。　　8、建立不同声屏障厚度和声屏障宽度模型可知，声屏障厚度的增大或者宽度的减小，均能使插板式声屏障末立柱的动力响应非线性关系减小，且减小的幅度也越来越小。当声屏障增大到一定厚度或者减小到一定宽度后，结构响应的峰值减小有限。　　9、建立不同声屏障高度模型可知，随着声屏障高度的增大，插板式声屏障末立柱的动力响应与声屏障高度成非线性关系增大，且增大的幅度也越来越大，高度的提高使得结构响应时程曲线变化明显，对结构稳定性不利。在满足安全性与降噪要求的前提下，能利用降低插板式声屏障高度来提高结构的动力稳定性。　　10、基于动力分析结果，计算列车以400km/h运行的动力放大系数，路基声屏障动力放大系数取1.59，桥面宽12m的桥梁声屏障动力放大系数取2.94，桥面宽13m的桥梁声屏障动力放大系数取2.11。　　11、采用以上动力放大系数，确定出等效静力荷载，分别对路基插板式声屏障、桥梁插板式声屏障在一般地区和台风地区的设置进行研究，并且对H型钢立柱进行疲劳强度的验算。H型钢立柱的底部在50年设计年限内可能会出现疲劳破坏。　　12、最后，针对目前使用的多种吸声材料，通过计算表明，选择吸声屏障应依据噪声频谱的分布情况，分析计算各频程值，确定贡献分布情况，再调整选择合适的吸声屏障，提高其性价比。
作者：	李恒斌
专业：	道路与铁道工程
导师：	罗文俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文