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高速铁路声屏障气动荷载及结构振动响应特性
柳润东;伍向阳;陈迎庆;李晏良;刘兰华
【期刊名称】《铁道建筑》
【年(卷),期】2024(64)3
【摘要】高速铁路声屏障是铁路噪声控制的常用措施,但声屏障距离线路中心较近,在列车动力作用下会产生振动响应。
列车风作用在声屏障表面形成的气动荷载和轮轨接触力产生的钢轨振动会传递到声屏障基础,是导致声屏障结构产生风致振动与轮轨激励振动的主要振源。
通过开展声屏障列车气动荷载及振动响应的测试及仿真计算,获得不同工况下声屏障气动荷载及振动响应特性。
结果表明:动车组以350 km/h运行时,比300 km/h运行时声屏障气动荷载和振动响应大40%;同一速度级下,路基声屏障立柱的顶端位移比桥梁声屏障顶端大40%~50%,而桥梁声屏障单元板动位移比路基声屏障大20%~30%;轮轨激励振动直接影响了声屏障振动响应,在传递过程中呈有规律衰减的趋势;列车风压与自然横风组合作用时,声屏障立柱的动变形及动应力呈现明显增大的趋势。
【总页数】5页(P84-88)
【作者】柳润东;伍向阳;陈迎庆;李晏良;刘兰华
【作者单位】中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U443.7
【相关文献】
1.高速铁路隧道外声屏障气动荷载的数值模拟研究
2.自然风与气动力作用下高速铁路路基段折臂式声屏障动力响应分析
3.风荷载作用下高速铁路声屏障结构的动力响应分析
4.高速铁路减载式声屏障气动载荷特性的试验研究
5.列车运行致高速铁路全封闭声屏障气动荷载研究
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直弧式声屏障结构强度计算一 、H 型钢计算1.1 风荷载计算根据武汉地区设计要求，以100年一遇大风考虑，取基本风压20KN/m 4.0=w 。
离地面高度m 02=H ，查TB10002.1-2005《铁路桥涵设计基本规范》取值：20321k KN/m 0.47=•••=w k k k W式中：1k —桥墩风载体形系数，按TB10002.1-2005铁路桥涵设计基本规范取 1.31=k ； 2k —风压高度变化系数，取 1.02=k ； 3k —地形、地理条件系数，0.93=k 。
承风面：2-3m 8.122104060A =⨯⨯=KN 3.8=•=A W F k k取1.4的风荷载系数，即： KN 5.324.1==k F F 1.2 声屏障自重计算N 1603.468.940.31040603=⨯⨯⨯=-H G N 2148.558.92721040603=⨯⨯⨯⨯=-屏GKN 4.51.2G KN 3.75===+=s H s G G G G ，屏1.3 抗弯强度计算H 型钢承受的最大弯矩m KN 10.821040605.322-3⋅=⨯⨯=•=L F MH 型钢立柱采用HW175X175X7.5X11，截面模量33mm 10133⨯=x W ，惯性矩44mm 100299⨯=x I ，惯性半径mm 104.37⨯=y i 。
MPa 215MPa 31.11033105.11010.836=≤=⨯⨯⨯=f rW M 所以，H 型钢满足弯矩强度要求。
1.4 挠度计算KN/m 0.94==LF q km 5.1810299010206804060.94843440=⨯⨯⨯⨯⨯==EI qL v[]mm 20.3400406240020=⨯==L v 由于[]00v v ≤，所以H 型钢能满足挠度要求。
1.5 整体稳定性计算1.46751751110406=⨯⨯==bh Lt ε .7131.025.1=+=εβb92.9104.370406=⨯==y y i L λ H175型钢截面面积为22mm 1043.15⨯=A ，由于型钢是对称结构，故0=b η。
xx高速xx互通AK1+600-AK2+000声屏障基础抗风稳定及连接件验算的说明一、概况1、声屏障结构参数声屏障高3.0m，纵向每2m一个单元，每4m设置一个Φ1m的挖孔桩基础（桩基长度根据水平承载力计算确定，桩长取8.0m）。
声屏障与桩基础间通过高60cm的地系梁（宽度40cm）连接，系梁采用C30混凝土。
声屏障立柱采用HW150×150×7×10mm的H型钢，高度3.0m，纵向间距2m；每2延米单元声屏障面积5.88m2，面密度80kg/m2～100kg/m2。
路基声屏障示意图桥梁声屏障与护栏底座连接示意图2、土体参数（1）根据《xx互通工程地质勘查报告》，原地表土为软塑黏土，查阅“岩土物理力学试验统计表”，其液性指数I L=0.52，内摩擦角φ=6.8°，凝聚力c=17.6kPa。
土体的综合内摩擦角φ0=atan（tan（φ）+c/（h×γ））=30.2°（上式中h=2m，γ偏安全取19kN/m3）。
（2）根据土质类别“软塑黏土”查阅《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）表P.0.2-1，软塑黏土的非岩石地基水平向抗力系数m=5000kN/m4～10000kN/m4。
由于路基侧为一条排水沟，雨季时路基受水浸泡液性指数变大，本次m值按软塑性黏土取4000kN/m4。
基础底面的地基系数m0=7500kN/m4。
（3）土体容重对于路基填土γ取19kN/m3，而原地面土体由于地下水水位较高，土体容重采用浮容重γ=9KN/m3。
3、路基参数路基宽度10.5m，路基横断面组成为75cm（土路肩）+100cm（硬路肩）+2×350cm（行车道）+100cm（硬路肩）+75cm（土路肩）=1050cm。
路基边坡坡比1:1.5（路基边坡与水平面夹角为33.7°）。
声屏障段落路基高度为2.9m～4.5m。
路基填筑采用山皮石，山皮石最大粒径应满足规范对路基填料最大粒径的要求，同时粒径小于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的5%。
设计方案计算书1、隔音屏荷载计算1.1风荷载计算根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），按重现期50年计算单根立柱所受风荷载。
Fwb=Ko×K1×K3×Wd×Awh其中：Fwb—横向风荷载标准值Ko—设计风速重现期换算系数，高标准取1.0K1—风载阻力系数，取1.3K3—地形、地理条件，取1.3K2—梯度风高度修正系数K5—阵风修正系数Wd—设计基准风压Vd—设计基准风速V10—设计基本风速γ—空气重力密度，0.012KN/㎡Aw—迎风面积查得：K2=1，K5=1.70，V10=32.8m/sV d =K2×K5×V10，Vd=1×1.70×35.4=55.76m/sWd=γVd²/2g，Wd=0.012×60.2²/（2×9.81）=1.9KN/㎡Fwb=1×1.3×1.3×1.9×2×3.5=22.47KN立柱底部弯矩：M=Fwb×H/2=22.47×1.75=39.32KN·m隔音屏自重：G=8KN2、隔音屏立柱截面强度计算在风荷载产生的弯矩和屏体自重作用下对隔音屏钢立柱的截面强度进行验算，钢立柱截面见下图：钢立柱轴心压弯构件Ix=1660cm4 ，Wx=221cm3。
最大拉应力бmax1=M/Wx-G/A=39.32×103/221×10-6-8×103/40.55×10-4=177.73MPa<f f=215MPa最大压应力бmax2=M/Wx+G/A=178.11MPa<ff=215MPa剪应力：τ=F/A=22.47×103/40.55×10-4=5.5Mpa<fv=125Mpa3、声屏障与底部钢板的焊接验算声屏障的H型钢焊接在下部钢板上，焊缝高度按8mm，焊缝布置如下图：。
设计方案计算书1、隔音屏荷载计算1.1风荷载计算根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），按重现期50年计算单根立柱所受风荷载。
Fwb=Ko×K1×K3×Wd×Awh其中：Fwb—横向风荷载标准值Ko—设计风速重现期换算系数，高标准取1.0K1—风载阻力系数，取1.3K3—地形、地理条件，取1.3K2—梯度风高度修正系数K5—阵风修正系数Wd—设计基准风压Vd—设计基准风速V10—设计基本风速γ—空气重力密度，0.012KN/㎡Aw—迎风面积查得：K2=1，K5=1.70，V10=32.8m/sV d =K2×K5×V10，Vd=1×1.70×35.4=55.76m/sWd=γVd²/2g，Wd=0.012×60.2²/（2×9.81）=1.9KN/㎡Fwb=1×1.3×1.3×1.9×2×3.5=22.47KN立柱底部弯矩：M=Fwb×H/2=22.47×1.75=39.32KN·m隔音屏自重：G=8KN2、隔音屏立柱截面强度计算在风荷载产生的弯矩和屏体自重作用下对隔音屏钢立柱的截面强度进行验算，钢立柱截面见下图：钢立柱轴心压弯构件Ix=1660cm4 ，Wx=221cm3。
最大拉应力бmax1=M/Wx-G/A=39.32×103/221×10-6-8×103/40.55×10-4=177.73MPa<f f=215MPa最大压应力бmax2=M/Wx+G/A=178.11MPa<ff=215MPa剪应力：τ=F/A=22.47×103/40.55×10-4=5.5Mpa<fv=125Mpa3、声屏障与底部钢板的焊接验算声屏障的H型钢焊接在下部钢板上，焊缝高度按8mm，焊缝布置如下图：4隔音屏与防撞墙的连接H型钢与防撞强的连接具体如下：螺栓采用M24刚强度螺杆单个螺栓受剪承载力设计值为N v=n vπd²f v=85.9KN单个螺栓抗拉承载力设计值为N t=Af t=74.03KN对每个螺栓的剪力为：N v’=22.47/4=5.62KN<85.9KN（全部螺栓受剪切）弯矩对每个螺栓的拉力为N t=39.32×103/（2×210+2×60）=72.81KN<74.03KN（全部螺栓受拉）满足要求。
高铁声屏障技术交底一、引言随着高铁的快速发展，其带来的噪声问题也日益受到关注。
为了减少高铁运行对周边环境和居民的影响，高铁声屏障技术应运而生。
声屏障作为一种有效的降噪措施，在高铁建设中发挥着重要作用。
本文将对高铁声屏障技术进行详细的交底，以确保相关施工人员能够准确理解和掌握这一技术。
二、高铁声屏障的定义和作用高铁声屏障是指在高速铁路两侧设置的一种声学障碍物，其主要作用是阻挡和吸收高铁运行时产生的噪声，从而降低噪声对周边环境的影响。
声屏障可以有效地减少列车噪声的传播，保护沿线居民的生活质量，同时也有助于减少对生态环境的破坏。
三、高铁声屏障的类型1、金属声屏障金属声屏障通常由铝板、镀锌板等金属材料制成，具有良好的强度和耐腐蚀性。
其表面可以进行冲孔、压型等处理，以提高吸声效果。
2、非金属声屏障非金属声屏障常见的有混凝土声屏障、玻璃钢声屏障等。
混凝土声屏障具有较高的强度和稳定性，而玻璃钢声屏障则具有重量轻、耐腐蚀等优点。
3、组合式声屏障组合式声屏障结合了金属和非金属材料的优点，通过合理的组合设计，能够达到更好的降噪效果。
四、高铁声屏障的结构组成1、立柱立柱是声屏障的支撑结构，通常采用 H 型钢、工字钢等钢材制作。
立柱的间距和高度根据声屏障的设计要求确定。
2、屏体屏体是声屏障的主要降噪部件，由吸声材料和隔声材料组成。
吸声材料一般采用离心玻璃棉、岩棉等，隔声材料则有 PC 板、亚克力板等。
3、基础基础是声屏障的下部结构，用于将声屏障的荷载传递到地基上。
基础的形式有桩基础、条形基础等，具体根据地质条件和设计要求选择。
4、连接件连接件用于连接立柱、屏体和基础，确保声屏障的整体稳定性。
连接件的质量和安装精度对声屏障的性能有着重要影响。
五、高铁声屏障的设计要点1、声学性能设计根据高铁运行的噪声频谱特性和周边环境的噪声要求，确定声屏障的声学性能指标，如插入损失、降噪系数等。
2、结构设计考虑声屏障所承受的风荷载、列车脉动风荷载、自重等，进行结构强度和稳定性计算，确保声屏障在各种工况下的安全可靠。
350～400km·h-1高速列车作用于声屏障的脉动风荷载特性研
究
350～400km·h-1高速列车作用于声屏障的脉动风荷载特
性研究
作者：施洲;杨仕力;蒲黔辉;邓跞
作者机构：西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都610031;中铁二院工程集团有限责任公司环境工程研究院,四川成都610031
来源：中国铁道科学
ISSN：1001-4632
年：2018
卷：039
期：002
页码：103-111
页数：9
中图分类：U238;U260.17
正文语种：chi
关键词：高速铁路;声屏障;列车脉动风荷载;风压值;谱特性
摘要：针对350～400km· h-1高速列车作用于声屏障的脉动风荷载问题,基于三维非稳态的k-ε两方程紊流模型,采用移动网格的数值仿真计算多种车速、多种屏轨距条件下列车通过声屏障区域的动态风场过程,得出声屏障各部位的脉动风荷载时程曲线等各类结果数据及多种参数的影响规律,并与实测资料进行对比分析.结果表明:300～400km· h-1列车脉动风荷载随列车速度的增加而加速增大,与声屏障至线路中心距离呈现近双曲线性反比关系,风压值分布沿声屏障高度呈现底部大、顶部小的规律;理论计算风压值及其与实测列车脉动风荷载时程曲线形状、参数影响规律等均相符较好,部分计算风压量值略大于实测值,原因在于计算中列车及声屏障模型光滑表面的模拟方法忽略了实
际粗糙表面的风阻等因。
