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1、第19卷第3期 华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版)Vol.19No.32002年9月 J.ofHuazhongUniv.ofSci.&Tech.(UrbanScienceEdition)Sep.2002统计能量分析在轻轨交通噪声预测中的应用111段金明 周敬宣 李艳萍(1.华中科技大学 环境科学与工程学院,湖北 武汉 430074)摘 要:运用统计能量分析方法SEA(statisticalenergyanalysis)建立了高架轻轨噪声预测理论模型,并在分析车轮、钢轨、支垫层和桥梁构件的噪声辐射状况的基础上,根据振动与辐射声能的关系,
2、进行仿真计算,得出其辐射噪声声级.然后,对计算结果进行分析,得出高架轻轨噪声控制的有效途径,这不仅为轻轨噪声预测提供了新方法,还将对今后轻轨噪声控制的继续研究起到促进作用.关键词:高架轻轨; 统计能量分析; 噪声预测中图分类号:X830.2:X839.1 文献标识码:A 文章编号:1000-5730(2002)03-0057-04 城市轻轨是一种经济、实用、高效且安全的快SEA法克服了复杂系统(包括结构、声场等)速交通模式,已成为城市交通建设的一种重要形的高阶模态参数对系统的形状、尺寸、连接方式、式.列车通过高架桥时,由于车轮和轨道表面的不生产工艺和载荷等不
3、确定性因素以及复杂结构系[2]规则,在运行时必然要产生振动,这种振动除了使统高频区的模态密集等问题,适用于解决高频车轮和轨道直接向外辐射噪声外,还要向桥梁的区内的复杂系统动力学问题.各种构件传递振动能量,同时激发梁部、墩台等也基于上述原理,将高架轻轨交通系统划分为产生振动而向外辐射噪声.建立合理的噪声分析若干个子结构,现以四个子结构为例(图1),列出模式来预测轻轨交通噪声水平及其传播规律,有功率流平衡方程组,即利于管理部门在轻轨干线建成之前界定动迁范E1ωη11+E1ωη12-E2ωη21=P1,in;围、优化降噪措施,最大限度地减少降噪设施成本E1ωη12-E2
4、ωη22-E2ωη21-的动迁费和工程建设费,具有重要的科学意义与E2ωη23+E3ωη32=P2,in;经济价值(1).E2ωη23+E4ωη43-[3]国内外虽有文献利用SEA法对火车在铁路E3ωη32-E3ωη33-E3ωη34=0;桥梁上行驶的声振(噪声)进行了分析,但基本未涉E3ωη34-E4ωη44-E4ωη43=0,及用此方法来探讨轻轨噪声.然而,高架桥与铁路桥梁的结构还是有一定的区别,如:高架轻轨是连续的混凝土结构,其桥长远大于一般铁路桥长;高架轻轨轨道的支撑结构非枕木结构,而是支垫层;高架轻轨桥形有一定起伏,坡度较大,弯桥部分多.因此在借鉴国内一
5、些参数的基础上,对统计能量分析在轻轨交通噪声预测中的应用进行了探讨.1高架轻轨交通噪声预测的SEA模型的建立图1城市高架轻轨交通系统噪声分析SEA模型式中,ω为圆频率;ηii,Ei(i=1,2,3,4)分别为子[1] 统计能量分析是把复杂结构动力系统的模系统内部损耗因子和能量;η12为车轮对钢轨的耦态参数(频率、振型及阻尼等)处理成随机变量,把合损耗因子;η21为钢轨对车轮的耦合损耗因子;振动能量作为描述振动的基本参数,并根据振动η23为钢轨对垫层的耦合损耗因子;η32为垫层对钢波和模态间存在的内在联系,建立各子系统间功轨的耦合损耗因子;η34为垫层对桥梁的耦合
6、损耗率流平衡方程,进一步求解方程中的未知参数.因子;η43为桥梁对垫层的耦合损耗因子;P1,in及收稿日期:2002-07-04.作者简介:段金明(1974-),男,硕士研究生;武汉,华中科技大学环境科学与工程学院(430074).©1995-2003TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.58华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版)2002年P2,in为输入功率;P1,diss,P2,diss,P3,diss和P4,diss分可达到降低振动和降低噪声的目的.别为车轮和钢轨、垫层和桥梁的阻尼耗散
7、功率.由b.钢轨与垫层间、垫层与桥梁间两结构是线方程组(1)求得各子系统的振动能量{E1,E2,E3,结合,结合处单位长度耦合损耗因子计算式1/4E4},然后再转换成所需要的振动级、声压级、应11η21=4k2A21+(k2/k1)力和压力等动力学参数.G1G2<2>Δ,(7)
8、Y1+Y2
9、f2 统计能量参数的确定式中,k1和k2为两个结合结构中波型波数;A2为结构2的表面积.通常,若减小两结构耦合损耗因采用SEA法计算,关键是对复杂结构系统(高子,则可达到降噪目的,其措施有浮筑式混凝土轨架轻轨交通)的各子系统参数(输入功率、模态密枕结构(即降低地土传振和传声);
10、弹性轨枕和
