基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法技术

本发明专利技术公开了基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，包括以下步骤：S1、建立车辆‑轨道‑桥梁系统耦合作用模型；S2、确定三种不同轨道结构型式下输入到箱梁结构的力；S3、建立高架箱梁噪声预测模型；S4、分别将三种不同轨道型式下的力，输入到高架箱梁噪声预测模型中，分析三种不同轨道型式下的箱梁场点噪声辐射规律并确定其相应的噪声声压；S5、确定对降噪效果最好的轨道结构型式。本发明专利技术通过建立箱梁统计能量分析模型能够较好的预测混凝土箱梁的结构噪声，分析了不同轨道结构型式对高架混凝土箱梁结构噪声的影响，得出了系箱梁结构噪声的降噪效果最好的轨道结构型式，为实际的高架桥梁修建提供了理论依据。

【技术实现步骤摘要】
基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法
本专利技术属于箱梁结构噪声预测
，具体涉及一种基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法。
技术介绍
城市轨道作为一种快速、便捷的交通运输系统在今年来得到飞速发展，据统计，截止2017年12月31日，中国内地共有31多个城市开通运营城市轨道交通，通车线路139条，累计总运营路长达4452.9km，高架桥梁在其中占有不少比例，限于城市用地紧张，许多轨道交通桥梁段都是直接穿越居民建筑区而修建，如重庆轨道交通6号线千厮门跨江大桥，桥梁到住宅楼间距最近不到10m，桥梁振动产生的结构噪声严重影响沿线居民生活而屡遭投诉，因此在列车荷载作用下由桥梁结构振动而产生的噪声问题越来越受到重视。轨道系统作为列车荷载的直接传力机构，不仅影响车体的动力性能，同时对桥梁结构的振动特性也会产生较大影响，以至在不同轨道结构形式下桥梁结构噪声分布规律也不尽相同，因此轨道结构型式下的高架箱梁结构噪声进行对比分析具有重要的研究意义。在城市轨道交通中已经有多重轨道结构型式得到广泛应用，如：在北京地铁4、5、9、10、13号线、南京地铁1号线、上海地铁2、4、9号线均采用了钢弹簧浮置板轨道结构；在日本常磐新线和羽田机场线隧道内、北海道学园都市线高架桥上、北京地铁五号线高架桥段都采用了梯形轨枕轨道结构；在广州地铁4号线上采用了埋入式轨道结构。大量的现有技术的相关研究，为轨道结构型式对箱梁振动特性的影响分析提供了理论指导、为箱梁桥结构噪声的预测分析提供了理论依据，而目前对于不同轨道结构型式对桥梁结构噪声的影响研究还较为匮乏。如何在考虑多轮对相互作用的情况下，得到不同轨道结构型式下动态轮轨力、力传递率和轨道板支撑弹簧力，建立箱梁桥统计能量噪声预测模型，实现对高架箱梁结构噪声进行预测是值得进一步研究的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法解决了现有技术中没有考虑不同轨道结构型式对箱梁结构噪声不同影响的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，包括以下步骤：S1、建立车辆-轨道-桥梁系统耦合作用模型；S2、基于车辆-轨道-桥梁系统耦合作用模型分别确定三种不同轨道结构型式下输入箱梁结构的力；S3、通过统计能量分析方法建立高架箱梁噪声预测模型；S4、分别将三种不同轨道型式下输入箱梁结构的力，输入到高架箱梁噪声预测模型中，分析三种不同轨道型式下的箱梁场点噪声辐射规律，进而确定其相应的噪声总声压；S5、根据三种轨道结构型式下箱梁结构噪声总声压，确定对箱梁结构噪声降噪效果最好的轨道结构型式。进一步地，所述步骤S1的车辆-轨道-桥梁系统耦合模型中，设置钢轨为由扣件离散支撑的自由无限长Timoshenko梁，设置轨道板为由扣件与轨道板支撑弹簧共同离散支撑的有限长Euler梁。进一步地，所述步骤S2中的三种不同轨道结构型式包括埋入式轨枕、梯形轨枕和钢板弹簧浮置板；所述步骤S2中，输入到桥梁结构的力由轮轨作用力和力传递率确定；所述轮轨作用力Fc为：其中，αw为车轮的动柔度；αc为轮轨接触弹簧的动柔度；αr为轨道的动柔度；R为轨道高低组合不平顺；所述车轮的动柔度αw为：其中，KM为车轮有限元模型计算动柔度谷值点的模态刚度；ηM为车轮动柔度谷值点对应的损耗因子；Mw为单轮质量；Mb为转向架质量；K1为一系悬挂刚度；C1为一系悬挂阻尼系数；ω为角频率；i为虚数单位；所述力传递率Ftr为：其中，fn为第n个支撑于桥梁上的力；M为支撑点的个数；所述埋入式轨枕的fn为每个扣件力总和；所述梯形轨枕和弹簧浮置板的fn均为每个轨道支撑弹簧力的总和。进一步地，所述步骤S3中的高架箱梁包括顶板子系统、翼板子系统、腹板子系统和底板子系统；所述能量统计分析法中的控制参数包括模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子；所述模态密度n(f)为：其中，Ap为二维平板的面积；R为平板截面的回转半径；Cl为纵向波速；n(w)为y圆频率表示的模态密度，且n(w)为；其中，KB为弯曲波数，且KB＝ω/CB，CB为弯曲波速，t为二维平板的厚度；n(KB)为完全波数表示的模态密度，且n(KB)为；所述内损耗因子ηi为：ηi＝ηis+ηir+ηib式中，ηis为子系统材料内摩擦形成的结构损耗因子；ηir为子系统振动声辐射形成的损耗因子；ηib为边界连接阻尼形成的损耗因子；所述耦合损耗因子η12为：其中，l为先连接的长度；Cg为群速度；A1为子结构1的表面积；w为频带的中心频率；为结构1到结构2之间的波传播系数，由波阻抗或导纳确定。进一步地，所述步骤S4具体为：S41、基于能量统计分析法，建立高架箱梁顶板子系统、翼板子系统、腹板子系统和底板子系统间的功率平衡方程；S42、根据输入到箱梁结构的力，分别确定输入到箱梁顶板和翼板的振动功率，进而确定输入到箱梁结构的总功率；S43、根据输入到箱梁结构的总功率，确定箱梁结构噪声辐射规律，进而确定其噪声声压。进一步地，其特征在于，所述步骤S43中，箱梁结构观测点P的总声压为：其中，ρ0为空气密度；c为空气中的声传播速度；Wi为子系统i的噪声辐射功率；Ai为子系统i的辐射声能量的流经面积；Gi为与地面反射相关的系数。进一步地，所述步骤S4中，分析箱梁结构噪声的分析频段为20～200Hz的中低频段。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，通过建立箱梁统计能量仿真分析模型能够较好的预测混凝土箱梁的结构噪声，分析了不同轨道结构型式对高架混凝土箱梁结构噪声的影响，得出了箱梁结构降噪效果为显著的轨道结构型式，为实际的高架桥梁修建提供了理论依据。附图说明图1为本专利技术提供的实施例中基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法流程图。图2为本专利技术提供的实施例中车辆模型图。图3为本专利技术提供的实施例中轨道结构系统模型图。图4为本专利技术提供的实施例中车辆-轨道系统耦合作用模型图。图5为本专利技术提供的实施例中梁场点噪声声压确定方法流程图。图6为本专利技术提供的实施例中箱梁跨中截面噪声测点布置图。图7为本专利技术提供的实施例中箱梁统计能量模型图。图8为本专利技术提供的实施例中箱梁噪声线性仿真值与实测值对比统计图。图9为本专利技术提供的实施例中典型板件子系统模态变换曲线图。图10本专利技术提供的实施例中不同轨道结构动态轮轨力统计曲线图。图11为本专利技术提供的实施例中不同轨道结构力传递率统计曲线图。图12为本专利技术提供的实施例中不同轨道结构传递到箱梁上的力统计曲线图。图13为本专利技术提供的实施例中不同轨道结构型式下输入箱梁功率变化曲线图。图14为本专利技术提供的实施例中典型分析场点处不同轨道结构形式噪声对比图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。如图1所示，基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，包括以下步骤：S1、建立车辆-轨道-桥梁系统耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立车辆‑轨道‑桥梁系统耦合作用模型；S2、基于车辆‑轨道‑桥梁系统耦合作用模型分别确定三种不同轨道结构型式下输入箱梁结构的力；S3、通过统计能量分析方法建立高架箱梁噪声预测模型；S4、分别将三种不同轨道型式下输入箱梁结构的力，输入到高架箱梁噪声预测模型中，分析三种不同轨道型式下的箱梁场点噪声辐射规律，进而确定其相应的噪声总声压；S5、根据三种轨道结构型式下箱梁结构噪声总声压，确定对箱梁结构噪声降噪效果最好的轨道结构型式。

【技术特征摘要】
1.基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立车辆-轨道-桥梁系统耦合作用模型；S2、基于车辆-轨道-桥梁系统耦合作用模型分别确定三种不同轨道结构型式下输入箱梁结构的力；S3、通过统计能量分析方法建立高架箱梁噪声预测模型；S4、分别将三种不同轨道型式下输入箱梁结构的力，输入到高架箱梁噪声预测模型中，分析三种不同轨道型式下的箱梁场点噪声辐射规律，进而确定其相应的噪声总声压；S5、根据三种轨道结构型式下箱梁结构噪声总声压，确定对箱梁结构噪声降噪效果最好的轨道结构型式。2.根据权利要求1所述的基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，其特征在于，所述步骤S1的车辆-轨道-桥梁系统耦合模型中，设置钢轨为由扣件离散支撑的自由无限长Timoshenko梁，设置轨道板为由扣件与轨道板支撑弹簧共同离散支撑的有限长Euler梁。3.根据权利要求1所述的基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，其特征在于，所述步骤S2中的三种不同轨道结构型式包括埋入式轨枕、梯形轨枕和钢板弹簧浮置板；所述步骤S2中，输入到桥梁结构的力由轮轨作用力和力传递率确定；所述轮轨作用力Fc为：其中，αw为车轮的动柔度；αc为轮轨接触弹簧的动柔度；αr为轨道的动柔度；R为轨道高低组合不平顺；所述车轮的动柔度αw为：其中，KM为车轮有限元模型计算动柔度谷值点的模态刚度；ηM为车轮动柔度谷值点对应的损耗因子；Mw为单轮质量；Mb为转向架质量；K1为一系悬挂刚度；C1为一系悬挂阻尼系数；ω为角频率；i为虚数单位；所述力传递率Ftr为：其中，fn为第n个支撑于桥梁上的力；M为支撑点的个数；所述埋入式轨枕的fn为每个扣件力总和；所述梯形轨枕和弹簧浮置板的fn均为每个轨道支撑弹簧力的总和。4.根据权利要求1所述的基于高架箱梁结构噪声预测的最优轨道结构型式确定方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小珍，梁林，王党雄，宋立忠，殷俊，高慰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51