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轨道交通轮轨噪声预测与控制的研究

徐志胜  
【摘要】:轨道交通的快速发展,使我们必须直面严重的铁路噪声污染问题。作为铁路噪声的主要来源,轮轨噪声的研究至今仍是个薄弱环节。 本文运用车辆-轨道耦合动力学理论、噪声辐射与传播理论,建立了轮轨噪声预测模型。模型中,车轮采用LOVE圆环模型,钢轨采用Timoshenko梁模型:轮轨接触采用Hertz非线性弹性接触,实现了在同一个模型中同时对轮轨冲击噪声与轮轨滚动噪声的综合预测;以结构的声辐射比为纽带,将构件的振动与声辐射联系起来:考虑轨道面、地面等表面的反射作用以及路肩、桥面及声屏障等障碍物边缘的衍射作用来模拟噪声的传播,最终得到受声点的噪声。对冲击噪声及滚动噪声激扰的时程输入方法进行了分析,提出运用黄金分割法来反演轮轨表面粗糙度系数,得到了相应的轮轨粗糙度谱及其时程输入样本。编写了用于轮轨噪声预测的软件STTIN(Simulation of Train/Track Interaction and Noise),实现了轮轨噪声的计算机预测与评价。 通过与已有的模型软件及实测数据的比较,验证了本文所建立的轮轨噪声预测模型及预测软件的合理性。利用STTIN软件,以路堤线路有碴轨道为对象,研究了轮轨噪声的基本特征,并分析了轮轨系统结构参数及轮轨表面几何状态对轮轨噪声的影响。 对高速铁路桥上板式无碴轨道及城市轨道交通桥上支承块式无碴轨道轮轨噪声的特点进行了研究,并分别与有碴轨道轮轨噪声进行了比较分析。与有碴轨道相比,板式轨道噪声显著增大,其中钢轨近旁噪声高出6.2dBA左右,铁路边界处近地面噪声高出约3.5dBA;桥上支承块式无碴轨道轮轨噪声比有碴轨道的要大,其中钢轨近旁噪声大2.8~4.5dBA,桥面正下方0.3m处的噪声大1.4~2.3dBA。因此,必须采取有效措施,将无碴轨道轮轨噪声降到有碴轨道的水平甚至更低。 对降低高速铁路桥上板式无碴轨道及城市轨道交通桥上支承块式无碴轨道轮轨噪声的技术措施进行了研究,包括:(1)分别就板式轨道和支承块式轨道结构参数的低噪声设计原则进行了研究;(2)对几种典型的新型轨道用吸声材料的降噪效果进行了分析,结果表明降噪效果显著;(3)就声屏障高度、位置、形状以及声屏障内侧敷设吸声材料对降噪效果的影响进行了分析,结果表明:声屏障越高、越接近轨道,降噪效果越好;声屏障内侧敷设吸声材料,可降低钢轨近旁噪声2.0~3.0dBA,可降低近地面噪声约1.5~2.0dBA;


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