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原文传递钢-混结合箱梁结构噪声预测理论及声振控制研究

论文题名：	钢-混结合箱梁结构噪声预测理论及声振控制研究
关键词：	钢-混结合箱梁桥;桥梁振动;噪声预测;声振控制
摘要：	截止2022年末，中国铁路营运里程达15.5万公里，其中高铁占27%，全国营业性客运量55.9亿人次，繁重的交通压力和密集的路网条件对桥梁结构形式设计提出了新的要求，尽量达到占地少，安全性高和舒适性强。近年来钢-混结合梁桥在长大桥上广泛应用的同时也常收到桥梁沿线附近居民反映噪声问题，结合调查和研究发现结合梁桥相比混凝土桥梁，会产生更严重的噪声污染，给人们生活带来了一定的困扰。因此解决钢-混结合梁带来的噪声问题才能让沿线居民拥有安静的生活环境。目前国内外对钢-混结合箱梁的振动与噪声的研究较为缺乏，非常不利于结合梁在轨道交通中的进一步发展。本文结合理论与现场试验，针对钢-混结合箱梁开展振动和噪声规律和声振控制研究，提出适合针对不同研究频段的桥梁振动与噪声预测的方法和计算模型，主要工作及研究成果如下：　　(1)总结钢-混结合梁的应用和前景，以及带来的噪声污染问题、研究成果和控制措施，讨论噪声计算方法的适用范围及优缺点，为提出本文的方法做好铺垫。　　(2)基于随机振动理论，将虚拟激励法和辛数学理论应用在车辆-轨道耦合系统的振动计算中，提出了车辆-轨道-桥梁结构振动与噪声的频域快速预测方法。首先把轨道结构系统视为无限长周期性子结构，以减小车辆-轨道计算自由度，桥梁考虑刚性，以广义单点简谐激励替代多轮对随机激励，考虑车辆-轨道间的线性赫兹接触，提出适合本文计算结构振动与噪声的车辆-轨道系统的方法和模型，并通过算例验证计算程序的有效性。　　(3)随后，以32m钢-混结合箱梁为研究对象，基于车辆-轨道振动结果建立全频段的振动与噪声桥梁预测模型。在同时考虑计算精度和计算效率的情况下，采用有限元-边界元法和统计能量分析方法结合的方法，根据子系统模态数划分频段，在低频段采用边界元法，高频段采用统计能量分析法建立钢-混结合箱梁振动与噪声全频段预测模型，分析了其模态特性、振动特性、噪声空间分布规律、衰减特性和各主要组成构件的声贡献量。　　(4)进行了钢-混结合箱梁现场实测声振试验和钢-混结合板梁的室内声振试验，简要分析了试验结果的频谱特性和不同组成构件的声振级大小，并通过试验结果验证本文所提计算方法和预测模型的有效性。利用钢-混结合板梁现场试验和预测模型，从结构设计参数方面（包括混凝土板厚、剪力钉数目、肋板数量及布置方式）简要讨论了对钢-混结合梁声振控制的效果。最后对比了弹性扣件在槽型梁上安装前后的减振降噪效果，分析了钢弹簧浮置板在槽型梁的降噪效果及降噪机理，为下一步钢-混结合箱梁的降噪分析提供思路。　　(5)针对前述对声振控制措施的简要分析，选择控制效果突出的钢轨扣件和钢弹簧浮置板轨道两种影响因素，介绍了力学简化模型，详细分析了扣件刚度、阻尼和钢弹簧浮置板轨道结构的钢弹簧刚度和浮置板厚度对振动与噪声的控制效果、影响规律和控制机理。
作者：	刘潇
专业：	土木工程
导师：	张楠
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023