陈兴,刘兰华等:高速铁路声屏障动力性能检测及评价方法研究

文摘   科学   2024-12-20 09:20   湖南  
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研究亮点

掌握铁路声屏障服役状态对指导运维养护具有重要作用,如何有效检测并表征结构动力性能是目前的难题之一。基于现行技术标准分析,采用理论分析、数值仿真与现场试验相结合的方法,开展声屏障动力性能检测及评价方法研究。通过声屏障气动仿真分析与动力性能试验,识别气动荷载的垂向分布规律,研究结构振动随运行速度的变化特征,分析主要构件间的动力传递关系与力学响应行为,进而提出可反映声屏障本体质量的检测与评价指标,并通过试验验证其有效性与适应性。


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研究方案
2.1铁路声屏障标准规范分析

表1  交通基础设施碳锁定水平测度指标体系

2.2动力性能检测与评价方法

(a) 横断面;(b) 俯视图
图1  CFD仿真模型与风压测点布设示意图

(a) 典型脉动风压时程曲线;(b) 头波正、负压力峰值的垂向分布
图2  声屏障气动荷载作用特征

(a) 钢立柱;(b) 单元板
图3  声屏障结构振动随速度的变化

(a) 纯弯曲(b) 均布荷载(c)线性分布荷载
图4   3类典型受力工况的弯矩图

表2  无量纲系数φ的计算结果

2.3试验验证与适应性分析

(a) 钢立柱;(b) 单元板
图5  声屏障刚度系数随运行速度的变化

(a) 钢立柱;(b) 底部单元板;(c) 顶部单元板
图6  声屏障刚度系数随车型的变化


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研究结论

1)随着列车运行速度的提升,在非均布、时变列车气动荷载作用下,声屏障钢立柱动刚度相对值受附加惯性效应影响呈下降趋势,声屏障单元板动刚度相对值基本稳定且存在非线性

2)现场试验结果表明声屏障刚度系数能够有效消除列车运行速度、车型、声屏障设置位置与高度等因素的影响,受气动荷载变化引起的最大波动在±17%范围以内,验证了该指标对不同运用场景的有效性与适应性

3)对比不同区段同类声屏障结构发现,立柱刚度系数基本相同,单元板刚度系数则存在较大的差异,与板-柱间胶条的挤压约束状态相关

4)提出的方法解决了既有结构刚度检测指标与实际检测工况匹配性不佳、检测结果受气动荷载影响显著等问题,可为铁路声屏障全寿命周期管理提供科学手段


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作者简介

通信作者刘兰华,博士,中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所,研究员首届中国国家铁路集团有限公司“百千万人才”工程专业带头人,主要从事铁路/轨道交通领域噪声与振动基础理论及控制技术、高速铁路噪声与振动试验及测试技术、水土保持及环境影响评估技术等领域的研究工作;E-mail:liulh@rails.cn

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