Page 168 - 《应用声学》2021年第1期

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混凝土箱形梁的振动与噪声进行了现场实验研究，
0 引言
实验结果表明，箱形梁振动产生的结构辐射噪声主
要是低频率段的噪声，并且在 50 Hz 与 63 Hz 存在
近年来，我国城市轨道交通发展迅猛。然而在
峰值；箱形梁的结构噪声主要由箱形梁板件局部刚
城市轨道交通体系中，高架轨道占比只有百分之十
几。制约着高架轨道结构在城市交通体系运输中应 度决定。采用现场实验测试方法研究桥梁结构噪声
用的主要原因是高架轨道结构振动和辐射噪声。针 虽然能获得多因素作用的综合结果，但难以形成系
对以上问题，国内外对桥梁结构振动噪声都进行了 统的规律，同时会影响交通，耗费大量人力、物力资
一系列研究，目前主要的方法有理论分析、现场测 源，并且很难满足规划、设计阶段的具体要求。
模型试验分析主要是通过相似理论建立特定
试等。
比例的缩尺模型，使原型与模型之间满足一定的相
理论分析方面，李小珍等 [1] 采用车 -轨 -桥耦合
理论，讨论了桥梁的竖向振动规律，以及梁体面板 似关系。目前利用模型试验来研究桥梁结构噪声的
的声学贡献率和贡献量。张迅等 [2] 利用混合有限 文献极少，作者及其团队以某高铁 32 m 箱梁为原
型，制作了 10 : 1 的缩尺模型，通过模型试验的方法
元-统计能量分析(Finite element-statistical energy
analysis, FE-SEA) 模型对混凝土箱梁低频结构噪 对箱梁结构振动噪声进行了一系列的研究，并取得
一系列成果 [18−20] 。
声进行预测并验证。高飞等 [3] 对桥梁与车辆参数进
混合 FE-SEA 方法能够避免多个模型的分频
行了研究，分析了其对高架结构振动噪声的影响规
求解，在保证计算精度的同时能够提高效率，并
律。罗文俊等 [4] 基于混合FE-SEA方法对箱梁结构
且保证模型的一致性。但是，基于模型试验的混
噪声进行预测分析，但仅仅建立了箱梁结构，没有考
虑钢轨以及轨道板等结构。李奇等 [5] 采用有限元法 合FE-SEA 方法目前尚未相关学者进行研究。本文
以及模态叠加法对列车 -轨道 -桥梁动力相互作用 将混合 FE-SEA 方法应用在高架轨道箱梁 1/10 模
型中，旨在为铁路桥梁噪声提供一种准确快速的
的系统瞬态响应进行求解计算，重点分析桥梁高频
分析方法。首先，利用商用软件 VAONE 建立箱梁
局部振动。宋雷鸣等 [6] 根据动力学基本理论，通过
FE-SEA 模型，其中箱梁采用 FE 模型，轨道结构采
建立车-桥耦合模型，将轮轨力作为统计能量分析的
用 SEA 模型，将激振器的荷载激励作为能量输入，
荷载输入，研究了高架结构的振动噪声，并进行了相
并进行频域计算。然后将仿真结果与实验室测试数
应的实验验证。韩江龙等 [7] 采用模态叠加法对轨道
交通槽型梁进行车 -轨 -桥耦合动力求解计算，结合 据进行对比，验证了模型的准确性。在此基础上，对
箱梁结构子系统的声贡献量及其振动传递规律进
SYSNOISE 软件解得模态声传递向量，进而计算桥
行分析。
梁的结构噪声。Thompson 及其团队 [8−11] 对铁路
环境噪声振动与控制做了大量研究，并开发出相应
1 混合FE-SEA基本理论
软件，用于指导铁路相关设计。然而，采用数值分析
方法往往对实际情况进行了一定程度的简化，得出 Shorter等 [21] 对混合FE-SEA理论做出了重要
的结论具有一定的局限性。 的贡献。一般而言，确定性子系统的总体动力方程
现场实测方面，在早期，Stüber [12] 实测了两座 可以表示为
钢桥在电气机车以 80 km/h 的速度经过时的桥梁 N
∑ (k)
噪声，表明自重与桥面板阻尼的增加有利于减小结 D to u = f ex + f re , (1)
k=1
构噪声。Ngai 等 [13−14] 对香港一座混凝土箱形梁
其中：N 为SEA 子系统的个数；u 为FE 子系统全部
的测试表明列车以 140 km/h 的速度经过时，产生
(k)
的自由度；f re 表示第 k 个 SEA 子系统在边界上对
的噪声与振动在20 ∼ 157 Hz 范围内，并且在 43 Hz
FE 子系统产生的混响场荷载 (Reverberant force)；
和54 Hz处有峰值。近期，常亮 [15] 对武汉某25 m箱
f ex 为作用在 FE 子系统外部激励；D to 为 FE 子系
形梁进行了噪声与振动现场测试，测试发现车辆以
统的总体动刚度，可表示为
50 km/h 的速度通过时箱形梁最大振动出现在底板
N
∑
与翼缘板，并且振动频率在 40 ∼ 90 Hz 范围内。Li D to = D d + D (k) , (2)
dir
等 [16] 和 Zhang 等 [17] 对高速铁路 32 m 双线与单线 k=1