[发明专利]轨道交通桥梁结构噪声仿真预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于桥梁声辐射边界元模型和桥梁声辐射统计能量分析模型的轨道交通桥梁结构噪声仿真预测方法，适用于大铁路（普通铁路、高速铁路、客运专线、城际铁路等）和城市轨道交通（地铁、轻轨、有轨电车等）桥梁结构噪声的评估和预测，属于轨道交通振动与噪声领域。

背景技术

与其它交通工具相比，轨道交通能够解决高密度客流出行问题，是一种大容量交通运输工具，在经济发展中起到了不可忽视的作用。但是，轨道交通的噪声污染问题却在某种程度上降低了它的优势，随着生活质量的提高，人们对噪声的容忍度越来越低，并由此引发了不少社会问题。在国外，日本、法国等国家曾经走了一条先污染后治理之路，导致了不必要的人力、物力的浪费，在规划新线路时甚至出现过民众抵制事件。在国内，正在规划、建设及运营中的高速铁路沿线经济发达、人口稠密，而城市轨道交通更是在城市中穿行，噪声问题更是引起了广泛关注。

轨道交通噪声包括轮轨噪声、集电系统噪声、空气动力噪声和桥梁结构噪声。桥梁结构噪声产生的原因是：列车通过桥梁时，振动能量通过轨道结构传递到桥面及其它桥梁构件，并激发其振动，振动着的各桥梁构件形成一个个“声板”，由此形成噪声的“二次辐射”。虽然桥梁区段大多成为噪声地图上的“噪声热点”，但由于存在着桥梁结构形式多样、车（线）桥耦合振动分析复杂、超大型构件声辐射求解难度大等一系列问题，使得桥梁结构噪声的预测变得异常棘手。因此，轨道交通桥梁结构噪声的预测研究具有重要的理论意义。同时，未来几年，轨道交通将成为我国重要的交通工具，而轨道交通在人口密集的市区或郊县基本上采用高架桥梁结构。因此，轨道交通桥梁结构噪声的预测具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轨道交通桥梁结构噪声仿真预测方法，以拓宽桥梁结构噪声的分析频带和提高预测精度和计算效率，并适用于不同桥梁类型的结构噪声分析。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的轨道交通桥梁结构噪声仿真预测方法，包括如下步骤：

（1）选择轨道交通桥梁结构噪声预测参数，包括列车类型、轨道结构类型、轨道不平顺谱、行车速度和桥梁类型；

（2）根据桥梁声辐射统计能量分析模型对子系统模态数的要求确定分析截止频率，将噪声计算频域划分为低频带和中-高频带，分别建立低频带列车-轨道-桥梁耦合振动模型、中-高频带列车-轨道-桥梁耦合振动模型；

（3）将所选轨道交通桥梁结构噪声预测参数输入到低频带列车-轨道-桥梁耦合振动模型和中-高频带列车-轨道-桥梁耦合振动模型中，在低频带计算桥梁结构的振动响应，在中-高频带计算钢轨的振动响应；

（4）建立低频带桥梁声辐射边界元模型，将桥梁结构的振动响应作为声学边界条件，计算桥梁结构在低频带的噪声辐射；建立中-高频带桥梁声辐射统计能量分析模型，将钢轨的振动响应作为系统的能量输入，计算桥梁结构在中-高频带的噪声辐射；

（5）综合低频带桥梁声辐射边界元模型、中-高频带桥梁声辐射统计能量分析模型计算结果得到桥梁结构噪声在整个频域内的频谱分布，利用噪声合成原理预测桥梁结构辐射的总体噪声。

本发明的有益效果是，从轨道交通桥梁结构振动噪声产生的机理出发，通过建立桥梁声辐射边界元模型和桥梁声辐射统计能量分析模型，研究桥梁在低频带和中-高频带的噪声辐射，综合两种方法得到桥梁在整个频域内的噪声辐射。与现有的轨道交通桥梁结构噪声技术相比，一是拓宽了桥梁结构噪声的分析频带，提高了预测精度；二是适用于不同桥梁类型的结构噪声分析，提高了计算效率。可以利用该发明来了解桥梁各主要参数对噪声产生所起作用的大小，从而可以指导“安静”桥梁的设计，缩短产品的开发周期，降低开发成本，对轨道交通桥梁结构噪声控制具有重要的意义。

附图说明

本说明书包括如下十一幅附图：

图1为轨道交通桥梁结构噪声总体仿真预测流程图。

图2为轨道交通桥梁结构噪声边界元模型仿真预测流程图。

图3为轨道交通桥梁结构噪声统计能量分析模型仿真预测流程图。

图4为轨道交通32m混凝土简支箱梁各子系统弯曲模态数。

图5为一种桥梁的有限元模型示意图。

图6为一种桥梁的有限元模型示意图。

图7为低频带的桥梁声辐射边界元模型。

图8为中-高频带的桥梁声辐射统计能量分析模型（轴测图）。

图9为中-高频带的桥梁声辐射统计能量分析模型（断面图）。