高速铁路混凝土箱梁桥结构噪声预测理论及其低噪声结构设计方法研究

The high-speed railways of our country have a larger proportion of bridges with a variety of structures, and the box girder bridge structure among them is mostly used. With the speed increase of train running, the dynamic interaction between vehicles, track and bridge will be increasing along with the speed increase when the train runs through the bridge, so that the radiation of the bridge structure noise intensifies, which results in that the noise problem is more prominent in bridge section of high speed railway. This project aims at the research on structure noise prediction theory of concrete box girder bridges and their structure design method of low structure noise for high speed railway. First of all, with the combination of the theory of wave superposition method and the theory of train, track and bridge dynamic interaction system, the structure noise prediction theory of concrete box girder bridges is worked out by application of finite element approach and wave superposition approach for high speed railway box girder bridges. Then, the traditional genetic algorithm will be improved so that the global optimal structure design parameters will be efficiently explored for the design of box girder bridges with low structure noise, and the design method of low structure noise of concrete box girder bridges is established.

我国高速铁路中的桥梁结构所占比例极高，并且包含多种桥型。其中，箱梁桥结构最为常见，是高速铁路中最成熟的桥梁桥型。随着列车运行速度的大幅提高，列车通过桥梁时，车辆、轨道和桥梁间的动态相互作用会随速度提高进一步加强，从而使桥梁辐射的结构噪声进一步加剧，导致高速铁路中桥梁区段的噪声问题更加突出。本项目聚焦于高速铁路箱梁桥结构噪声预测理论及其低噪声结构设计方法研究。首先，将波叠加法理论与列车-轨道-桥梁动力相互作用理论相结合，形成有限元-波叠加法预测高速铁路箱梁桥结构噪声的理论。其次，对传统的遗传算法进行改进，以较高的计算效率和收敛速度寻求全局最优的箱梁桥低噪声结构设计参数，设计出最优的结构低噪声箱梁桥，建立可行的箱梁桥低噪声结构设计方法。

随着高速铁路速度等级的不断提高，以及未来发展过程中对车内和沿线声环境要求的不断提高，高速铁路面临的噪声问题已成为限制其快速发展的关键问题之一。桥梁结构是轨道交通低频噪声的主要声源，导致高架线路的噪声水平更高；此外桥上无砟轨道结构也属于钢筋混凝土材料，与桥梁一样辐射低频结构噪声；因此本项目聚焦于轨道交通的低频结构噪声问题，采用传统预测方法与波叠加法研究了轨道和桥梁结构的声辐射特性和机理；此外在噪声敏感地带采用声屏障以缓解铁路噪声的影响，但列车高速通过时声屏障同样会发生振动成为声源，假如声屏障辐射的噪声较大，也将会减弱声屏障的作用，因此有必要评判声屏障的车致振动噪声问题，将轨道交通低频结构噪声的研究领域进行了有效的扩展。.除上述研究外，在本项目的资助下研究团队与西南交通大学联合开展了高速铁路环境振动与噪声的现场测试工作。在上述理论研究的基础上，在本项目的资助下还开展了与轨道交通相关的扩展性研究。第一，针对轨道交通开展了减振降噪设计与产品研发工作，目前研发的相关产品已成功实现了科技成果转化；第二，针对高速列车轮轨噪声进行了降噪设计研究，并且研究了高速列车车窗玻璃的隔声性能，相关研究能够为车内声环境的改善起到很好的促进作用；第三，本项目依托单位位于西北地区，高速铁路的运营受到了风沙等恶劣自然环境的影响，因此本项目也资助研究了有关风沙环境对铁路积沙的缓解措施以及冰流灾害的防治研究；第四，针对高速铁路安全性和舒适性等问题，本项目也资助研究生开展了高铁智能化控制的相关研究。.综上所述，本项目很好的完成了预期目标，取得了较为丰硕的研究成果。在本项目的资助下共发表学术论文21篇，发表会议论文14篇，资助研究团队参加学术会议2次，资助完成1次现场测试工作和实现了科技成果转化等，顺利完成了本项目的研究工作。