混凝土箱梁结构噪声和其影响因素

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1、混凝土箱梁结构噪声和其影响因素第48卷第3期2013年6月西南交通大学学报JOURNALOFSOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITYVol.48No.3Jun.2013基金项目：国家自然科学基金资助项目(51008250)；新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-10-0701);国家863计划资助项目(2011AA11A103)；高等学校博士点基金资助项目(20110184110020)作者简介：张迅(1985-)，男，讲师，博士，研究方向为桥梁结构减振降噪，电话：159028204

2、05，E-mail：zhxunxun@126.com通讯作者：李小珍(1970-)，男，教授，博士生导师，研究方向为车桥耦合振动，电话:13880808086，E-mail：xzhli@swjtu.cn文章编号：0258-2724(2013)03-0409-06D0I:10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.003摘要：为探讨箱梁的结构噪声及其影响因素，以跨度32m的混凝土简支箱梁为研究对象，采用混合有限元-边界元法进行数值仿真，并进行了现场试验验证.在此基础上，探讨了板厚和

3、腹板倾角对箱梁结构噪声的影响规律.研究结果表明：混合有限元-边界元法适用于箱梁的结构噪声分析；箱梁振动和结构噪声的主要频率范围分别为40.0〜125.0Hz和31.5〜100.0Hz，底板附近在63.0Hz出现噪声峰值；增大板厚能降低箱梁结构噪声，且增大顶板厚度最有效；当腹板倾角为0°〜12°时，箱梁的结构噪声较小.关键词：箱梁；结构噪声；振动；数值仿真；现场试验;影响因素中图分类号：U24；TB53文献标志码：A列车通过桥梁时，振动能量经过轨道结构传递到桥面及其他桥梁构件，并激发其振动，形成一个个“

4、声板”，这部分噪声源称之为“结构噪声”.桥梁结构噪声频率较低，在空气中传播时，具有衰减慢、穿透力强，难以隔断等特点，长期处于低频噪声环境中的人容易产生莫名其妙的失眠、头痛、耳鸣、胸闷等症状，对人的身心健康带来极大的危害.国外对桥梁结构噪声的研究较早，并进行了一系列理论和现场实测研究，其中以英国南安普顿大学声振研究所的研究最具代表性[1].日本学者研究了公路桥梁低频噪声（包括次声）带来的危害，并制定了相关法律法规[2].在国内，谢旭等研究了公路钢桥在汽车荷载作用下的振动声辐射问题，并从改善路面粗糙度、提

5、高桥面板刚度等角度探讨了降噪措施[3-5].谢伟平等为探讨轨道箱形梁结构噪声产生的机理，对空气中混凝土圆柱壳在简谐荷载作用下的结构噪声进行了理论研究[6_7].李奇等通过车-线-桥耦合振动分析研究了桥梁的振动响应，基于边界元法求得了模态声传递向量，研究了轨道交通混凝土U形梁的声辐射特性[8].夏禾等以北京地铁高架桥为研究对象，进行了桥梁结构噪声的试验研究，推导了结构振动加速度与辐射声压之间的关系，实现了轨道交通高架结构辐射噪声的预测[9-11].李小珍等采用边界元法对混凝土简支箱梁的结构噪声进行了理论

6、分析，得到了地面声反射、声屏障、列车速度、墩高等外界因素及箱梁纵隔板对桥梁结构噪声的影响规律[12-13].不同结构形式的桥梁，其振动声辐射特性不同，由此可以考虑通过改变桥梁结构形式迗到减振、降噪的目的.如果能找出最“安静”的桥梁结构或截面形式等，将是桥梁工程师最乐意看到的结果.为此，本文以某城际铁路跨度32m的混凝土简支箱梁为研究对象，通过混合有限元-边界元法进行箱梁结构噪声的理论求解，并进行了现场试验验证.在此基础上，分析了板厚和腹板倾角这2个重要设计参数对箱梁结构噪声的影响规律，研究结果可供降低

7、桥梁噪声参考.1混合有限元-边界元法振动为噪声之源，对于桥梁结构振动声福射问题，桥梁振动响应可基于有限元法，通过车-线-桥耦合振动分析求得，这已成为一种成熟的方法[14-15].但是，对于无限域的外场声辐射问题，声学有限元法的剖分截止边界难以确定，且计算量极大，故其主要用于研究简单结构在中、低频激励下的内场声辐射问题.边界元法基于格林公式，把一个区域上的积分转化为该区域边界上的积分，具有降维、误差小和适用于无穷域等优点，并逐渐被用来求解声学问题.因此，将两者有机结合起来的混合有限元-边界元法成为目前工

8、程中最常用的数值方法，该方法在理论上可以求解具有任意表面形状的复杂弹性结构的振动声辐射问题.2数值算例及试验验证2.1试验概况某城际铁路跨度32m的混凝土简支箱梁为单箱单室结构，梁体全长32.600m，高2.354m，宽7.150m.顶板厚0.30〜0.40m，腹板厚0.30〜0.60m，底板厚0.28〜0.60m;设计活载ZC活载，设计速度200km/h；采用C50混凝土，二期恒载97.lkN/m;桥上装有遮板，高1.65m，无声屏障.试验桥位于空旷的