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388 2019 年 5 月

箱梁跨中横断面建立一系列的场点，其中 Y1∼Y4、
3 箱梁瞬态声辐射计算模型
S1∼S4 分别为箱梁原型与缩尺模型跨中横断面场
由上述箱梁约束模态试验与声学试验可知，建 点。Y1∼Y2 位置在梁底板中心线下，距底板的距离
立的缩尺箱梁有限元模型和声学计算模型是正确 依次为2 m、6 m；Y3∼Y4位置距底板的距离为6 m，
的。同样，利用 ANSYS 建立箱梁原型的有限元模 距梁底板中心线的距离分别为7 m、14 m；S1∼S2位
型，箱梁原型与缩尺模型网格划分时单元几何尺寸 置在梁底板中心线下，距底板的距离依次为 0.2 m、
比为 1 : 10，单元与节点数目保持相同。分别对箱梁 0.6 m；S3∼S4位置距底板的距离为0.6 m，距梁底板
原型与缩尺模型进行瞬态分析，经验证瞬态分析计 中心线的距离分别为 0.7 m、1.4 m。箱梁场点网格
算的箱梁原型的振动响应与理论推导的数值结果 如图9所示。
基本吻合。
为方便研究箱梁原型与缩尺模型结构噪声之
间的关系，对模型作了一定的简化，有限元模型中
只考虑梁体结构部分，不考虑轨道板、混凝土底座
等结构，同时对两种模型有限元瞬态分析中采用简
单激励来模拟加载，进行结构声辐射的计算。首先，
在缩尺箱梁有限元模型上施加轮对力，进行瞬态分
析；同时按照上述相似比尺在原型中施加相应的一
对轮对力进行瞬态分析。其中原型轮对力横向间距
图 8 箱梁有限元模型及轮对力加载方式
为作用在标准轨距上的距离，而缩尺模型上轮对力
Fig. 8 Finite element model of box beam and
横向间距为原型距离的1/10。经验证原型桥与模型
wheel load on the way
桥瞬态分析的振动响应满足上文中的相似比尺。然
后将两种模型的有限元振动响应导入 Virtual.Lab
中作为边界条件，计算出两种模型的瞬态结构噪声
及进行对比。箱梁轮对力加载方式如图 8 所示。箱
梁原型与缩尺模型主要的计算参数如表4所示。
为对比两种桥瞬态声场特性，在箱梁原型的跨 Y1(S1)
中横断面处建立一个15 m×15 m 的平面场点，然后
取箱梁一半平面场点进行研究，在缩尺模型的跨中 Y2(S2) Y3(S3) Y4(S4)
横断面建立一个同样的平面场点，该平面场点尺寸 图 9 箱梁场点网格
为原型平面场点的 1/10，即 1.5 m×1.5 m。同时在 Fig. 9 Field point grid of box beam

表 4 两种模型的主要计算参数
Table 4 Main calculation parameters of the two models

类别 荷载/N 频率/Hz 时间/s 弹性模量/GPa 密度/(kg·m −3 ) 支座刚度/(N·m −1 ) 泊松比
缩尺箱梁 100 20 0.1 30 2203 2.8e 8 0.2
箱梁原型 1.206e 4 2.06 1 36.18 2500 3.378e 9 0.2

桥与模型桥结构声辐射特性，分别选取激励力刚开
4 箱梁相似模型瞬态声辐射特性对比
始作用箱梁、激励到达四分之一跨、激励到达跨中
采用瞬态边界元法进行箱梁结构瞬态声辐射 及激励离开桥梁时的四个时间段作为时刻 A、时刻
特性分析，能够很好地体现桥梁结构声场随时间的 B、时刻 C 及时刻 D，然后对不同时刻下两种模型对
变化规律，同时可以较为快速地提取各时间节点桥 应声场的声压级云图及场点声压特性两个指标展
梁振动云图和声场云图。为了较为清楚地对比原型 开对比分析。