学位论文-—高速铁路减载式声屏障的设计与分析.docx

高速铁路减载式声屏障的设计与分析目录摘要3一、研究意义与背景3二、国内外的研究现状42.1国外研究现状42.1.1声屏障的吸声研究42.2国内的研究现状6三、高速铁路声屏障的空气动力学效应理论分析[6]73.1计算流体动力学基本理论73.1.1质量守恒方程73.1.2动量守恒方程83.1.3能量守恒定律83.2湍流的数值模拟9四、不同减载式声屏障的设计方案对比114.1棒式声屏障114.2百叶窗式声屏障124.3S型声屏障134.47种设计形式的减载式声屏障气动力时程曲线13五、对“高速铁路减振降噪”技术的思考15参考文献：16摘要随着我国髙速铁路的飞速发展,高速列车产生的噪声污染问题越来越严重。列车髙速行驶时产生的脉动气压力,会对声屏障安全性和可靠性产生不利影响。因此就要求声屏障不仅要具有良好的吸声降噪性能,还要具有良好的减载特性,减载式声屏障是一种重要的技术途径。分析各因素对声屏障的气动载荷特性和减载特性的影响规律。关键词：减载式声屏障；气动载荷一、研究意义与背景随着我国高速铁路的迅速发展，列车运行速度不断提高。高速列车除了给人们的出行带来便捷的同时，车轮、钢轨相互接触,产生振动的轮轨噪声;受电弓滑板产生的滑动噪声、滑板瞬间滑脱接触导线的瞬态放电噪声以及受电弓的空气动力噪声三部分组成的集电系统噪声;由于列车与建筑结构如桥梁的相互作用,使其振动产生的结构噪声；高速列车在空气介质中高速通过,压力在紊乱的气流中发生快速变化而产生的空气动力噪声;对周边居民生活环境的影响也日益成为人们关注的焦点[2]。例如，铁路噪声污染已经严重影响到周边居民的正常生活。声屏障是指在声源和接收者之间，用于阻挡声波传播，从而减弱接收者所在的一定区域内的噪声影响的设施。声屏障是高速铁路的重要组成部分，对降低铁路噪声、保护居民生活环境、保证列车高速行驶安全具有重要的作用。随着我国髙速铁路的迅速发展,列车运行速度不断提高,普通声屏障已经无法满足安全性、稳定性和降噪特性等要求。列车高速行驶时,会对周围空气产生扰动进而产生脉动气压力。这种脉动气压力作用在髙速铁路两侧声屏障上,会对声屏障产生很大的气动载荷(具体表现是对声屏障的正、负压力和应力等)。在气动载荷长期作用下,会导致声屏障严重的结构损毁,而且限制声屏障降噪效果的改进空间,不利于进一步降噪水平的提高。因此就要求声屏障不仅要具有良好的吸声降噪性能,还要具有良好的减载特性,进而增加声屏障降噪效果的改进空间。减载式声屏障设计是兼顾吸声降噪性能和气动载荷特性的一种重要技术途径[1]。高速铁路声屏障的结构形式对降噪效果有着直接的影响，目前已经研究的结构形式有直立型、倒L型、内倾型、圆弧型、T字型、和人字型等，如图1所示。高速铁路声屏障按材质又可以分为：金属声屏障、混凝土声屏障、PC声屏障、玻璃钢声屏障等。高速铁路声屏障的设计除了要考虑高度、沿线景观、线路信号、列车司机视线及列车乘客视野问题外，还应考虑声屏障的施工、维护和更换、经济性以及安全因素等。高速铁路声屏障的结构一般较高，部分采用上部透明结构。在高速铁路声屏障实际应用中，最为广泛的是金属立柱插板式声屏障，金属立柱通常为H型钢，插板为金属铝包板、混凝土板、加劲纤维板以及一些有机材料的透明隔声板等。图1声屏障各种截面形式二、国内外的研究现状2.1国外研究现状2.1.1声屏障的吸声研究(10)声屏障的吸声材料研究F.J.Fahy等人最早提出了将吸声共振腔改为在水平面上布置吸声材料的新型声屏障。他们通过比例模型试验发现,这种结构具有避免吸声材料吸湿防尘的功能,同时兼顾了高频和低频的吸声性能,扩大了吸声频率范围。适用于新型声屏障和既有声屏障的改造,具有较好的景观性和简便性。MayD.N等人在Toronto高速公路一侧分别安置4in高的吸声型屏障和反射型屏障,测得吸声型屏障降噪量比反射型屏障多了IdB,这表明附着的吸声材料并不能明显改善单侧声屏障的降噪性能;但同时研究表明,吸声型屏障能避免因反射而引起道路一侧的接收点声压级升高[4]。KaoruMURATA等人对新干线Y型声屏障的降噪效果进行了研究。研究方法为1:20的比例模型试验和实际安装测试,通过以上两种方法研究了几种不同类型的声屏障在不同部位增加吸声材料时，声屏障的降噪效果[7]。Belingard等对吸声和顶部结构的附加降噪效果进行了测试。测试巾,2.2m高泥凝土墙为反射基体,t方加设Im高中-元板,形成刚性、吸声或多绕射声屏障。测试结果表明,TGV列年以32()km/h速度运行时,将声屏障上部刚性单元板改为吸声唯元板,插损失可以增加4.5dB。列年运行速度增高,声屏障插入损失下降,但是增加多重绕射单元板后,可以抵消速度增加引起插入损失的降低[8]。(2)声屏障的吸声结构研究SungSooJung等人通过消声室中的比