桥梁交通振动辐射的低频噪声声场分布研究

交通荷载引起的桥梁振动辐射低频噪声为环境噪声污染的重要来源,分析该低频噪声声场分布特性对评价环境噪声污染程度提供重要依据。结合车桥耦合振动理论和声传播理论,建立了车桥耦合振动辐射低频噪声问题的边界元法求解体系,结合一座钢桥面板连续梁桥,对交通荷载作用下桥梁振动产生的低频噪声声场进行了实验分析和数值模拟,并考察了地面的声反射作用对桥梁附近声场分布和声压水平的影响。分析结果表明,边界元方法用于评价车桥振动辐射低频噪声问题具有较好的适用性和较高的精度,并且能够很好地反映声场在空间的分布规律。算例中的钢桥面板梁桥在车辆荷载作用下由振动引起的低频噪声声压水平与测点距离桥面的距离相关,桥面下方和上方的声压分布规律及水平相似。地面声反射对桥面附近声场的影响显著,考虑地面声反射时,地面与桥面间的距离是影响声压水平的重要因素。     

基于声辐射模态模型求解声功率灵敏度

声功率灵敏度分析揭示了结构振动引起的辐射声功率与结构设计变量之间的关系。通过利用声辐射模态模型来处理声辐射环节,利用有限元振动模型来处理结构振动环节,从而提出一种新的声功率灵敏度求解方法。在带障板的加筋板声辐射模型中,采用较常用的瑞利积分模型处理辐射环节的方法对其进行了验证。最终验证了这种方法的可行性。     

车轨桥中高频耦合振动分析的功率流方法及模型

轮轨滚动激励引起的桥梁振动响应和输入功率是计算桥梁结构辐射噪声的重要参数。时域车轨桥耦合振动分析常用于低频振动分析,但在中高频分析时效率较低。为此,提出一种基于力法原理的频域功率流方法解决这一问题。采用无限长Euler梁或Timoshenko梁建立钢轨部件,采用无限大Kirchhoff板、Mindlin板或有限元模型建立桥梁部件,采用弹簧元件模拟钢轨与桥梁之间的连接扣件,并以弹簧力为未知量建立力法基本方程。对比计算了不同轨桥模型对U梁和箱梁桥振动功率的影响。结果表明:U梁桥面板的剪切效应对桥梁振动功率计算结果影响很大,采用传统的无限大Kirchhoff板模型将导致功率级计算误差达到15 dB,而采用Mindlin板模型可获得良好的计算精度与效率。相对于箱梁实体有限元模型而言,采用Mindlin板模型的误差仍然较大。     

箱梁桥顶板对钢弹簧浮置板声辐射的影响

桥上铺设钢弹簧浮置板减振轨道虽然可以减弱桥梁结构的振动,但因自身振动有所增大,其振动噪声有可能反而加剧。此外我国轨道交通中主要采用混凝土桥,由于混凝土桥具有很大的刚性,导致桥上轨道结构的声辐射并非在自由声场中传播,进而影响轨道结构的声辐射。因此通过建立列车-钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥耦合动力学模型和浮置板声学边界元模型,在计算桥上长钢弹簧浮置板振动声辐射特性的基础上,进一步考虑箱梁桥顶板的反射作用,对这一声学边界条件作用下的浮置板结构声辐射问题进行探究,相关研究则更加符合客观实际情况。研究结果表明混凝土桥对浮置板自身的声辐射有很大的影响;在研究轨道结构的声辐射问题时,有必要详细考虑混凝土桥对其声辐射的影响,这样才能更加准确地分析轨道结构的振动声辐射特性。     

高架线减振轨道减振降噪效果测试与分析

通过对地铁高架桥上双层非线性减振扣件、减振垫浮置板、橡胶弹簧浮置板、钢弹簧浮置板轨道的现场振动和噪声测试,对高架线不同减振轨道结构的实际减振降噪效果进行分析和评价,分析了桥梁结构振动与辐射噪声之间的关系和不同减振轨道对减小桥梁结构辐射噪声的效果,可为今后的轨道减振设计提供借鉴,研究表明：相对于双层非线性减振扣件整体道床桥面,减振垫浮置板、橡胶弹簧、钢弹簧浮置板在1～80 Hz内VL_zmax的减振效果分别为10.2 dB,10.6 dB,11.8 dB;在1～200 Hz内VL_za的减振效果分别为10.3 dB,12.7 dB,12.6 dB;高架线的噪声源频谱是宽频的,在中心频率80 Hz和630 Hz处噪声出现明显峰值;桥梁结构辐射噪声以12.5～250.0 Hz低频噪声为主,桥梁结构辐射噪声可通过桥梁振动速度级或振动加速度级来计算;高架线采用减振轨道可减小桥梁结构辐射噪声,相对于双层非线性减振扣件整体道床桥面,减振垫浮置板、橡胶弹簧、钢弹簧浮置板在12.5～250.0 Hz内桥梁结构辐射噪声L_{Aeq, Tp}的降噪效果...     

局域共振子对手性覆盖层振动和声辐射抑制的影响

为增强某些频率区域内覆盖层对加筋板的声辐射抑制作用,在手性结构覆盖层的圆环内填充软橡胶层包覆的金属核心局域共振子。本文基于有限元方法及Rayleigh积分公式,建立了敷设手性覆盖层加筋板简化梁模型,分析了手性覆盖层的振动抑制特性及局域共振子对手性覆盖层振动的影响。结果表明:手性结构的变形模式和局域共振子与手性结构之间的耦合作用对覆盖层的禁带频率带宽和振动衰减起到关键的作用;手性结构覆盖层对加筋板声辐射抑制作用主要来自于覆盖层的振动衰减能力,声辐射效率的变化对声辐射的影响较小。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

交通荷载引起的钢箱梁桥振动辐射瞬态噪声评估

交通荷载引起的桥梁振动辐射低频噪声严重危害居民的身体健康和生存环境,正确把握桥梁振动噪声辐射机理和准确预测声压水平,对评价及降低环境噪声污染具有重要现实意义.结合车桥耦合振动理论和声传播理论,建立了桥梁振动辐射瞬态噪声的有限元-边界元混合求解体系.结合一座三跨钢连续梁桥,对交通荷载作用下桥梁振动产生的瞬态噪声声场特性进行了实验分析和数值模拟.分析结果表明,该方法能够同时反映声场在时域和频域的分布规律,可全面评估车桥振动辐射噪声的声压水平和声场特性,并具有较好的精度.算例中的下承式钢箱梁桥由于桥面板刚度小,声辐射面大,在车辆荷载作用下辐射噪声水平较高,噪声主要由桥面板振动引起.车辆入桥及出桥时的冲击作用只影响桥梁支座附近的声场.桥面附近等高线形状基本为圆弧形,桥面中心线附近的声压大于横断面两侧.     

敷设手性覆盖层加筋梁低频振动和声辐射特性

基于结构声辐射机理可知,在低频区域结构的声辐射功率和声辐射表面的振速幅值和分布形状(声辐射效率)相关,抑制振动和改变振速分布可以降低结构的声辐射功率。在结构表面敷设一层覆盖层用来隔开结构和流体区域,可以降低声辐射面的振动和改变振速分布。手性结构覆盖层由中心圆柱和四周韧带连接而成,具有协调变形机制,当手性结构中圆柱和韧带发生弯曲变形时,可以将不均匀结构高声辐射效率的振速分布形状转变为覆盖层表面低声辐射效率的振速分布形状并且覆盖层表面的法向振动幅值小于不均匀结构表面的法向振动幅值,实现不均匀结构声辐射抑制。加筋结构是不均匀结构,使用加筋梁模型可以反映出不均匀结构的声辐射机理。建立敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁结构的二维有限元/边界元模型,利用Raleigh积分公式研究了其振动特性和声辐射特性。通过对比敷设和不敷设手性覆盖层加筋梁模型的声辐射面,声辐射效率、法向均方根振速和声辐射功率,分析了手性覆盖层对加筋梁声辐射的抑制机理。计算结果表明:加筋梁敷设覆盖层后,声辐射面由加筋板梁表面为覆盖层表面;覆盖层声辐射面的声辐射效率低于加筋板表面的声辐射效率。谐响应分析表明:手性覆盖层不能有效的抑制加筋梁的振动但是可以有效的抑制加筋梁传递到覆盖层声辐射面的振动,并且对加筋梁的声功率辐射有较好的抑制作用。     

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。     

斜拉桥参数振动有限元分析与半主动控制

采用有限单元法分析了斜拉桥的非线性参数振动问题,验证了在一定的频率范围内斜拉索与桥面板会发生参数共振;提出了应用形状记忆合金(SMA)对斜拉桥的参数振动实施半主动控制,并数值模拟了其控制效果,结果表明,斜拉桥参数振动的SMA半主动控制,不仅能大幅度地降低斜拉索和桥面板的振动,而且能有效地抑制斜拉桥参数共振的发生。     

既有预应力空心板桥加宽设计的荷载横向分布计算方法

既有预应力空心板桥加宽时,一般将新旧空心板连接起来共同工作,荷载横向分布系数是该类型桥加宽设计的关键问题之一.该文根据铰接板法的基本假定,应用力法原理推导出了铰接板法的一般力法方程,可用于空心板截面、间距和材料属性等均不同的任意铰接空心板桥的荷载横向分布影响线计算.编制程序求解了荷载横向分布影响线、横向分布最不利位置和横向分布系数,对一座普通空心板桥和一座加宽空心板桥进行了计算分析.通过对比原规范与现行规范中相应汽车荷载,提出了旧桥加宽后各板最大横向分布系数允许值,以该值为标准校核各板横向分布系数计算值可以确定需要加固的空心板.通过对比各板横向分布系数值的变化,确定了需要增强横向联系的空心板.     

中、下承式钢管混凝土拱桥车振调查与动力分析

进行了八座钢管混凝土拱桥车振动力响应实测,建立了考虑车桥相互作用的有限元计算模型,通过与实测加速度响应进行的比较表明钢管混凝土拱桥车桥振动计算方法的正确性。利用有限元模型,对钢管混凝土拱肋和悬吊桥道系的加速度、速度动力响应和冲击系数进行了对比分析。结果表明:虽然钢管混凝土拱桥的冲击系数可能较大,但是它作为行车舒适性的判断依据并不合适,应采用加速度或速度响应来评价。提出了不同路面平整度下预估中、下承式钢管混凝土拱桥车振动力响应的近似公式,通过实桥分析确认了该公式的可行性。     

拉索局部振动对斜拉桥地震响应的影响研究

拉索作为大跨度斜拉桥的主要承重构件,横向刚度较小,在地震荷载作用下容易发生索-梁和索-塔耦合振动,对斜拉桥的能量分布和阻尼特性产生较大影响,在斜拉桥地震响应计算中有必要考虑拉索的局部振动影响。根据子结构原理和自由度凝聚的方法,在斜拉桥动力特性和地震响应分析中可以考虑拉索的局部振动,并编制了三维有限元程序,对拉索局部振动的影响进行了研究。结果表明,考虑拉索局部振动时,斜拉桥纵向振型的参与系数有不同程度的减小,主梁和桥塔的加速度、位移、弯矩和轴力增大非常显著,短索的纵向位移减小,而长索的纵向位移增大,拉索脉动张力显著增大,拉索位移和张力时程出现拉索局部振动干扰的现象。     

斜拉桥斜拉索的风荷载、风致振动与控制

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一,其承受的风荷载占大桥总体风荷载的很大比例,准确掌握其风荷载对设计具有重要意义;同时,由于斜拉索的风致振动发生频繁,危害严重,其风致振动的机理是研究热点和难点问题,振动控制措施是设计中需要重点考虑的问题。该文全面总结了斜拉索风荷载计算方法、风致振动的种类和相关机理,介绍了利用气动措施进行振动控制的最新研究成果,为相关的机理研究和斜拉索的振动控制设计工作提供参考。     

Analysis and design of fiber reinforced plastic composite deck-and-stringer bridges

A comprehensive study on analysis and design of fiber reinforced plastic (FRP) composite deck-and-stringer bridges is presented. The FRP decks considered consist of contiguous thin-walled box sections and are fabricated by bonding side-by-side pultruded thin-walled box beams, which are placed transversely over FRP composite stringers. In this study, we review the modeling and experimental verification of FRP structural beams, including micro/macro-mechanics predictions of ply and laminate properties, beam bending response, shear-lag effect, and local and global buckling behaviors. A simplified design analysis procedure for cellular FRP bridge decks is developed based on a first-order shear deformation macro-flexibility (SDMF) orthotropic plate solution. The present approach can allow the designers to analyze, design and optimize material architectures and shapes of FRP beams, as well as various bridge deck configurations, before their implementation in the field. Experimental studies of cellular FRP bridge decks are conducted to obtain stiffness coefficients, and an example of a cellular FRP deck on optimized winged-box FRP stringers under actual track-loading is presented to illustrate the analytical method. The experimental-analytical approach presented in this study is used to propose simplified engineering design equations for new and replacement highway FRP deck-and-stringer bridges.     

中、下承式钢管混凝土拱桥面内振动模态分析

采用Katayama提出的随机子空间识别法对环境脉动下八座钢管混凝土拱桥实测动力响应进行识别,与采用最大熵谱法获得的计算结果进行的比较验证了采用方法的正确性。建立了实测桥梁的有限元模型,理论模态与试验模态吻合良好,讨论了主拱跨径、截面和桥道系结构等结构参数对钢管混凝土拱桥面内振动模态特性的影响,指出了钢管混凝土拱桥面内一阶基频的统计近似公式的局限性,提出了基于Rayleigh能量法的静力计算方法,可用于预估和校核中、下承式钢管混凝土拱桥面内低阶频率。     

A systematic analysis and design approach for single-span FRP deck/stringer bridges

There is a concern with worldwide deterioration of highway bridges, particularly reinforced concrete. The advantages of fiber reinforced plastic (FRP) composites over conventional materials motivate their use in highway bridges for rehabilitation and replacement of structures. In this paper, a systematic approach for analysis and design of all FRP deck/stringer bridges is presented. The analyses of structural components cover: (1) constituent materials and ply properties, (2) laminated panel engineering properties, (3) stringer stiffness properties, and (4) apparent stiffnesses for composite cellular decks and their equivalent orthotropic material properties. To verify the accuracy of orthotropic material properties, an actual deck is experimentally tested and analyzed by a finite element model. For design analysis of FRP deck/stringer bridge systems, an approximate series solution for orthotropic plates, including first-order shear deformation, is applied to develop simplified design equations, which account for load distribution factors under various loading cases. An FRP deck fabricated by bonding side-by-side box beams is transversely attached to FRP wide-flange beams and tested as a deck/stringer bridge system. The bridge systems are tested under static loads for various load conditions, and the experimental results are correlated with those by an approximate series solution and a finite element model. The present simplified design analysis procedures can be used to develop new efficient FRP sections and to design FRP highway bridge decks and deck/stringer systems, as shown by an illustrative design example.     

斜拉桥参数振动引起的拉索大幅振动

本文对斜拉桥拉索的参数振动问题建立了非线性力学模型,并对其进行了数值计算分析。通过对数值计算结果的分析,指出了拉索参数振动的可能性,并对拉索参数振动的一些特征进行了分析及对抑制拉索参数振动提出了在桥面上施加调频质量阻尼器的途径。     

考虑桥面风场等效气动效应的行车安全性分析

侧风作用下桥上通行车辆容易遭受行车安全问题。通过节段模型风洞试验,测试了主梁行车道位置上方一定高度范围内风场分布特性。基于车辆气动力和力矩等效的方法,采用等效风速和比例系数来考虑桥面气动绕流对车辆气动力特性的影响。在风-汽车-桥耦合振动研究的基础上,采用无量纲的侧倾和侧滑安全因子评价车辆的行车安全性,分析了风速和车速对不同类型车辆行车安全性的影响。结果表明:车辆的行车安全性随着风速和车速的增大而逐渐降低;桥面风场等效气动效应会降低集装箱车和旅行巴士的行车安全性,集装箱车RSF和SSF最大相对误差分别高达28.0%和184.3%。