控制城市轨道高架桥梁结构噪声的试验研究

城市轨道高架桥梁产生的噪声对周围环境的影响十分明显,日益受到人们的关注。过车时轨道高架桥梁振动辐射产生的结构噪声具有频率低,辐射面积大,传播距离远的特性,治理难度很大。本文对广州地铁4号线高架桥振动噪声进行了测试与分析,研制了调谐质量阻尼器对轨道高架桥梁的结构噪声进行控制。测试结果表明, 桥梁安装TMD后桥下1.5米测点在80Hz控制频带降低9.3-12.4dBA,10次过车降噪效果平均值为2.1dBA。     

控制城市轨道高架桥梁结构噪声的试验研究

地铁车辆通过轨道高架桥梁产生的噪声对周围环境的影响十分明显,日益受到人们的关注。过车时轨道高架桥梁振动辐射产生的结构噪声具有频率低、辐射面积大、传播距离远的特性,治理难度很大。对广州地铁4号线高架桥振动、噪声进行测试与分析,研制调谐质量阻尼器对轨道高架桥梁的结构噪声进行控制。试验结果表明,桥梁安装TMD后桥下1.5 m高度处测点噪声在80 Hz共振频率带降低9.3 dB(A)～12.4 dB(A),10次过车降噪效果平均值为2.1 dB(A)。     

虚拟调谐阻尼器

根据调谐质量阻尼器的基本原理引进了虚拟调谐阻尼器概念,并介绍了虚拟调谐阻尼器的几个基本问题,包括：虚实对应关系,虚拟调谐阻尼器的参数设计方法,非纯模态测量的影响,模态溢出,位置优化,同时使用多个虚拟调谐阻尼器问题。使用虚拟调谐阻尼器概念不仅可以方便的借助控制技术的设计工具,并可以设计多个虚拟调谐阻尼器,实现对宽带振动的控制。     

考虑人-结构相互作用的楼盖振动控制研究

探讨了采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)系统对楼盖考虑和不考虑人-结构相互作用时的振动控制。每个静止的人和调谐质量阻尼器(TMD)都作为单自由度动力系统附加在楼盖控制模态上,得出了人-楼盖-MTMD系统耦合振动方程,通过对该方程的傅里叶变换和静力缩聚法,得到了以无量纲参数表示的楼盖加速度响应。运用遗传算法,以楼盖的加速度响应最小为条件对MTMD系统进行优化,得出了对应不同MTMD系统质量比和楼盖阻尼比的无量纲设计参数(频率比和阻尼比)。通过对不考虑和考虑人-楼盖相互作用的楼盖减振控制效果进行对比,提出了考虑人-楼盖相互作用的楼盖MTMD系统的设计建议。另外,对MTMD系统由于楼盖模态质量、自振频率以及MTMD阻尼的变化所导致的去谐效应进行了讨论。最后总结了考虑去谐效应的MTMD系统的设计方法。     

覆冰多分裂导线三种TMD防舞效果对比研究

在风洞试验验证的覆冰导线三自由度运动方程基础上建立了竖向、扭转向和竖扭耦合调谐质量阻尼器和导线系统的运动方程。提出采用扭转向和竖扭耦合的调谐质量阻尼器进行舞动防治,并与竖向调谐质量阻尼器进行对比。根据李雅普诺夫第一稳定定理计算导线-阻尼器系统起舞风速,采用Newmark-β法求解运动方程验证起舞风速的正确性。计算了D形覆冰6分裂导线全攻角舞动幅值,以舞动幅值最大的170°风攻角为目标风攻角,以提高目标风攻角起舞风速为优化目标,对三种调谐质量阻尼器进行参数优化,并对比研究了不同风攻角下三种阻尼器在最优参数下对于导线起舞风速提高的效果。研究表明:竖向调谐质量阻尼器在覆冰侧迎风的5°～20°风攻角下降低了起舞风速;扭转向调谐质量阻尼器使得覆冰侧迎风的0°～40°风攻角的导线起舞风速提高至10 m/s以上;竖扭耦合的调谐质量阻尼器较另外两种形式的调谐质量阻尼器具有更好的提高起舞风速的效果。     

颗粒调谐质量阻尼器减震控制的数值模拟

提出一种颗粒调谐质量阻尼器,即通过摆绳将颗粒阻尼器悬挂于主体结构上,将目前广泛应用的调谐质量阻尼器与减震效能优越的颗粒阻尼器结合起来,以扩大减振频带,增加减振鲁棒性。基于一定的等效原则将多颗粒阻尼器等效为单颗粒阻尼器,提出一种近似的颗粒调谐质量阻尼器数值模拟方法,并介绍了系统参数的取值方法。进行了附加颗粒调谐质量阻尼器的单自由度结构实际地震输入下的振动台试验,通过对比试验结果与数值模拟结果,发现两者吻合较好,说明该简化方法可以较好地模拟颗粒调谐质量阻尼器的减震控制效果。     

液体质量双调谐阻尼器（TLMD）的设计方法研究

基于结构动力学和流体力学原理,对液体质量双调谐阻尼器(TLMD)的减振机理和计算公式作了推导,归纳了TLMD的设计方法。在此基础上,结合调谐质量阻尼器(TMD)的有限元模型,以及单自由度体系在给定初位移的自由振动试验,检验了TLMD设计方法的可行性与准确性。试验结果表明TLMD减振效果的试验值与模拟值吻合较好,且近似为调谐液体阻尼器(TLD)和TMD的叠加,整个设计过程较为简便。最后以30层钢框架结构的地震响应控制为例,演示了应用TLMD减震的设计过程。     

一种新型调谐质量阻尼器的试验研究

用填充颗粒群的盒子代替调谐质量阻尼器的质量块,形成一种新型调谐质量阻尼器。通过对比单自由度排架不附加、附加该新型调谐质量阻尼器的自由振动,白噪声激励以及实际地震输入下的振动台试验,考察了该新型阻尼器对结构的减振控制效果。试验研究表明:颗粒的填充率对振动衰减影响明显,表现出双峰值的曲线特征;颗粒质量对衰减率的影响不明显,实际工程可以采用轻质颗粒材料;输入地震波能量与衰减率呈抛物线形。试验还从振型特性方面表明采用调谐颗粒阻尼器有利于减轻结构振动响应。     

颗粒阻尼器布置方案对其减震效果影响研究

为明晰建筑结构用颗粒阻尼器布置方案对其减震控制效果的影响规律。以某1∶30比例缩尺钢筋混凝土框架结构为研究对象,设计制作了可用于缩尺模型的刚性连接颗粒阻尼器,结合建筑结构减震需求,对颗粒阻尼器的布置方案进行了设计,通过振动台试验研究了布置位置和阻尼器数量等参数对颗粒阻尼器减震控制效果的影响。结果表明:颗粒阻尼器布置位置处的结构均方根位移响应和峰值位移响应均有所降低,阻尼器减震控制效果良好;阻尼器布置位置对颗粒阻尼器减震控制效果影响显著,阻尼器宜布置于结构位移响应较大的位置,合理的阻尼器布置方案能够有效地控制结构的扭转响应;随附加颗粒阻尼器数量的增加,颗粒阻尼器对结构位移响应的减震控制效果提高,建筑结构可用附加质量比范围内,阻尼器布置数量越多,减震控制效果越好。     

单斜面索拱支承曲梁人行桥人致振动控制研究

进行了一种单斜面索拱支承曲梁人行桥的人致振动控制研究。在人行桥的初始状态及静动力特性基础上,模拟了随机人群荷载作用下人行桥的振动响应,参数化地研究了调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的减振作用,考虑了TMD不同质量比、刚度、阻尼参数以及布置方式的影响。在TMD装置安装前后对人行桥进行实地动力测试,测试了结构减振前后的模态特性以及在单人、多人和人群荷载工况下的振动响应,讨论了TMD装置对该类型人行桥的减振效果。结果表明:减振后结构关键模态阻尼增大为减振前的4.14倍;单人步行和跑动工况下,通过设置TMD,结构加速度峰值下降31.1%～55.9%,加速度均方根下降36.4%～52.0%;多种人群步行工况下,结构竖向加速度峰值最大为0.41 m/s~2。研究结果表明单斜面索拱支承曲梁人行桥刚度较柔,TMD对控制该类型人行桥结构人致振动具有很好的效果。     

基于相干分析的高铁简支箱梁结构噪声源识别方法研究

列车荷载作用下桥梁结构振动产生的低频结构噪声会给轨道交通沿线环境带来噪声污染问题,该文给出了基于相干分析的桥梁结构噪声源识别方法。首先确定了频谱分析与相干分析相结合的噪声源识别方法,介绍了频谱分析法、常相干分析、偏相干分析的方法和流程,给出了偏相干分析中最优线性条件输入模型的迭代求解,编制了相应的Matlab程序;其次针对成灌铁路一座高架桥的振动与噪声综合试验的实测数据,结合频谱分析和常相干分析方法讨论了桥梁结构振动的噪声辐射机理,通过偏相干分析对桥梁结构噪声进行了噪声源分离与识别,由重相干函数的分析可以定性得到结构噪声的影响区域。综合分析表明,相干分析结合频谱分析的噪声源识别方法可以得到结构局部振动与所辐射的结构噪声之间的相互关系,能较好地分离识别存在相干关系的各结构噪声源的独立贡献和频谱特性,可以为桥梁结构的减振降噪措施提供理论指导。     

城市轨道交通槽型梁结构噪声计算与分析

该文用模态叠加法对城市轨道交通槽型梁进行车-轨-桥耦合动力计算,借助SYSNOISE求出模态声传递向量MATVs,进而用MATVs和梁的模态坐标响应计算桥梁的结构噪声。噪声计算值与实测值在频率分布和幅值上有较高的一致性,证明振动与噪声数值模型的可靠性。槽型梁结构噪声的线性声压级峰值频率为40Hz~80Hz,数值计算表明:动力分析只需考虑轮轨竖向接触即可满足结构噪声计算要求;考虑200Hz以下的声源激励和100Hz以下的结构模态作为边界条件可达到较好的噪声计算精度;调节轨下胶垫的刚度能有效减小结构振动,降低结构噪声2dB~3dB;声压级和车速有强线性关系。     

谐振式组合道床系统城市轨道交通高架线应用研究

介绍了城市轨道交通谐振式组合道床减振系统在地铁高架线的施工工艺,并就运营后线路道床振动及噪声进行在线测试.结果 表明:相对于普通道床,组合道床系统道床减振量达到18.2 dB,轨旁噪声降低5.1 dBA,桥下噪声降低8.1 dBA,桥下水平距离20m处噪声降低2.3 dBA.组合道床系统减振降噪效果优异,施工工艺成熟完...     

双层高架对轨道交通噪声空间分布的影响研究EI北大核心CSCD

运用振动功率流法计算轮轨粗糙度激励下的轨道和桥梁振动速度,采用二维声学模型计算单位荷载下轨道和桥梁结构的振动速度及辐射声压。联合前两步,根据振动功率等效原则预测钢轨和桥梁实际的辐射声压,某U梁现场实测轨道交通噪声验证了该方法的准确性。对比研究了合建高架和独立轨道交通的噪声分布特性,结果表明:(1)道路桥的屏障效应导致该桥面以上扇形区的噪声明显减小,到轨道中心线的水平距离越近,降噪值越大;(2)无声屏障时,道路桥面高度以下空间的噪声增大3~10 dB,到轨道中心线的水平距离越近,噪声增幅越大;(3)轨道交通桥上设置声屏障可进一步减小道路桥面以上的扇形区的噪声,同时增大其余区域的噪声。     

时速400 km/h铁路常用跨度预应力混凝土简支梁竖向基频限值研究

建立有限元模型,计算常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,以设计荷载对桥梁的动力效应不小于运营列车对桥梁的动力效应为准则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型,得到常用跨度简支箱梁在列车作用下的动力系数;在综合分析桥梁动力响应与列车类型、运营速度、桥梁竖向基频关系的基础上,提出了时速400 km/h常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频限值。研究表明:通过调整车长与桥梁跨度之比可避开基阶振型的共振,有利于行车安全;在车长25 m左右的列车作用下,跨度24 m、32 m和40 m的预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频限值取125/L、155/L和90/L时,可以有效地降低梁体动力响应。     

基于动柔度法的轨道高架桥橡胶垫减振性能研究

为探讨下橡胶垫对桥梁减振效果,基于动柔度法建立车辆-轨道-桥梁耦合的垂向动力学模型,车辆考虑1/8轮对系统,只考虑一系弹簧阻尼计算车轮动柔度,钢轨看作无限长Timoshenko梁,桥梁简化为简支的Euler梁,扣件系统、橡胶垫用线性弹簧阻尼单元模拟,联合车轮动柔度、钢轨动柔度和线性接触动柔度计算频域轮轨力并施加到钢轨上,计算钢轨、道床板、桥梁的动力响应。采用振动加速度级、加速度级插入损失和Z振级插入损失评价橡胶垫的减振效果,结果表明,采用橡胶垫后钢轨振动响应略有增大,Z振级插入损失为–0.81 d B,道床板振动响应大幅增加,Z振级插入损失为–10.3 d B,桥梁的振动响应减小明显,Z振级插入损失为:15.6 d B,计算结果表明橡胶垫能有效的降低桥梁结构振动,相关的研究为桥梁的减振降噪提供了一定参考。     

基于模态叠加法和直接刚度法的列车-轨道-桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车-轨道-桥梁耦合系统（Train-Track-Bridge Coupled System,TTBS）动力分析的计算效率,该文基于作者之前提出的TTBS动力分析混合模型,结合模态叠加法和直接刚度法,提出了一种改进的混合方法（Improved Hybrid Method,IHM）。该方法中,列车动力方程通过多刚体动力学方法建立;轨道结构动力方程通过直接刚度法建立以准确求解其高频局部振动响应,桥梁结构动力方程通过模态叠加法建立以降低其自由度数目。列车和轨道结构通过轮轨线性Hertzian接触关系耦合为列车-轨道耦合时变子系统,轨道与桥梁间通过轨-桥相互作用力的平衡迭代实现耦合。首先以朔黄重载铁路32 m简支梁桥现场试验数据验证了该文方法的正确性。然后,以CRH2型高速动车组通过万宁系杆拱桥为例,探究了桥梁振型数量对动力响应指标计算精度的影响规律,最后,对比三种不同的列车-轨道-桥梁耦合系统动力分析方法的计算结果及耗时,结果表明:同样的计算精度下,该文方法具有更高的计算效率。     

CRTSIII型板式无砟轨道桥梁区段动力学分析

通过建立CRTS III型板式无砟轨道-高架箱梁桥有限元模型，以德国低干扰谱激励下的轮轨垂向力为输入，对CRTS III型板式无砟轨道桥梁区段的高架线路动力学响应进行研究。研究结果表明：板壳单元很好地体现高架箱梁桥低频时的整体和局部振动情况，高架箱梁桥自振时顶板变化最为复杂，翼板在20阶以后振动加剧；德国低干扰谱激励下的高架箱梁桥的振动主要集中在200 Hz以下，与其他轨道型式类似；CRTS III型板式无砟轨道结构可明显降低高架箱梁桥结构在0-50 Hz频段内的低频振动，是一种具有良好减振作用的轨道结构型式。     

动力吸振器对有轨电车弹性车轮的减振降噪影响分析

为了评价有轨电车弹性车轮动力吸振器的减振降噪效果,通过实验室测试方法对动力吸振器进行振动噪声测试,并结合理论和仿真来分析其降噪特性。首先,在半消声室分别测试弹性车轮在有无动力吸振器情况下的振动声辐射,测试结果表明：动力吸振器对弹性车轮轴向振动有明显的抑制作用。径向激励下,动力吸振器的降噪量为0.6 dB(A),轴向激励下,动力吸振器的降噪量为2.6 dB(A)。进而,基于动力吸振原理探究动力吸振器的降噪性能,并结合测试图纸建立动力吸振器有限元模型,分析表明：动力吸振器在车轮固有频率2 066 Hz、2 245 Hz和3 837 Hz处降噪效果较好,原因是降噪频率差值在2 %以内,调谐频率和理论最优频率相吻合。动力吸振器在车轮固有频率899 Hz处降噪效果较差,其降噪频率差值为6.26 %,由于调谐减振频率偏离最优同调条件,导致降噪性能的恶化。     

基于OTPA方法的挖掘机驾驶室结构噪声源识别

工况下传递路径分析方法(OTPA)是在传统TPA方法的基础上改进而来的。目前OTPA方法已经广泛应用于工程机械领域振动信号之间的传递特性分析中,而在振动和噪声信号之间的应用较少。应用OTPA方法,以发动机振动为主要激励源进行分析,研究某型液压挖掘机的驾驶室耳旁结构噪声,并采用奇异值分解技术对输入信号进行处理。通过对比合成信号和实测信号,验证OTPA方法的有效性。通过各路径的噪声贡献分析,对降噪措施提出建议。