【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種鐵路插板式聲屏障動(dòng)力分析方法，特別涉及一種基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，屬于噪聲控制。
技術(shù)介紹
1、為降低鐵路對(duì)沿線聲環(huán)境影響，聲屏障是廣泛應(yīng)用的降噪基礎(chǔ)設(shè)施。現(xiàn)有的鐵路聲屏障，一般按照通用參考圖設(shè)計(jì)設(shè)施，絕大部分為直立插板式聲屏障。鐵路聲屏障屬于典型軌旁設(shè)施，需承受列車高速通過引起的氣動(dòng)荷載作用，動(dòng)力性能分析是評(píng)估結(jié)構(gòu)安全可靠性的重要環(huán)節(jié)。
2、目前，現(xiàn)有的鐵路聲屏障，主要依據(jù)《鐵路聲屏障工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(tb?10505-2019)開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用靜力檢算方法評(píng)估均布荷載作用工況下聲屏障的力學(xué)性能。由于設(shè)計(jì)荷載與實(shí)際氣動(dòng)荷載作用情況存在差異，未能真實(shí)反映聲屏障的動(dòng)力作用特征。靜力檢算方法重點(diǎn)評(píng)估受力最大區(qū)域，即將荷載傳遞至橋梁的聲屏障基礎(chǔ)區(qū)域，對(duì)于單元板與鋼立柱的擠壓接觸約束方式考慮不充分，難以準(zhǔn)確描述單元板等主要構(gòu)件的動(dòng)力響應(yīng)情況。
3、因此，建立鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，真實(shí)反映聲屏障的動(dòng)力作用特征，準(zhǔn)確描述單元板等主要構(gòu)件的動(dòng)力響應(yīng)情況，為聲屏障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能評(píng)估提供重要的技術(shù)手段，就成為該
急需解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，基于插板式聲屏障的構(gòu)造特點(diǎn)，考慮受接觸狀態(tài)影響的非線性板柱連接剛度，建立聲屏障動(dòng)力分析模型，揭示列車激勵(lì)作用下聲屏障主要構(gòu)件的動(dòng)力作用機(jī)理，并獲得結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)特征，為聲屏障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能評(píng)估提供指導(dǎo)。p>
2、本專利技術(shù)的上述目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的：
3、一種基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，包括如下步驟：
4、(1)構(gòu)建鐵路插板式聲屏障動(dòng)力分析模型；
5、(2)確定插板式聲屏障結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析關(guān)鍵參數(shù)取值；
6、按照聲屏障安裝施工狀態(tài)，確定結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析關(guān)鍵參數(shù)，包括動(dòng)力控制方程中涉及的相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及邊界條件；
7、(3)獲取列車對(duì)聲屏障的氣動(dòng)荷載
8、通過現(xiàn)場試驗(yàn)測量、經(jīng)驗(yàn)值或氣動(dòng)仿真計(jì)算等方式獲取列車對(duì)聲屏障的氣動(dòng)荷載，將第i塊單元板面積內(nèi)的列車氣動(dòng)壓力積分得到作用外力pi。
9、(4)數(shù)值求解聲屏障結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。
10、優(yōu)選地，步驟(1)中，插板式聲屏障主要構(gòu)件包括h型鋼立柱與單元板，采用等截面懸臂梁的動(dòng)力控制方程，建立h型立柱的動(dòng)力分析模型；考慮單元板具有較高的彎曲剛度，采用剛體運(yùn)動(dòng)方程，建立單元板的動(dòng)力分析模型；考慮插板式聲屏障的單元板與h型立柱之間膠條的擠壓接觸形成約束關(guān)系，通過彈簧與阻尼器模型描述單元板與h型立柱之間動(dòng)力傳遞關(guān)系，不失一般性，定義x方向?yàn)闄M向振動(dòng)方向，以遠(yuǎn)離線路方向運(yùn)動(dòng)為正，y方向?yàn)檠鼐€路方向，z方向?yàn)槁暺琳细叨确较颍瑯?gòu)建鐵路插板式聲屏障動(dòng)力控制方程：
11、
12、
13、其中，t代表時(shí)間，eiy為h型鋼立柱抗彎剛度，ρa(bǔ)為單位長度質(zhì)量，ξ表示動(dòng)撓度，z表示鋼立柱高度位置；根據(jù)插板式聲屏障的構(gòu)造情況，每跨結(jié)構(gòu)共有j塊單元板堆疊而成，為便于模型描述，將單元板自下而上依次編號(hào)，以小標(biāo)i區(qū)分不同高度的單元板，第i塊單元板的質(zhì)量和動(dòng)位移分別為mi和xi，第i塊單元板的板柱連接關(guān)系采用彈簧ki與阻尼器ci的組合方式進(jìn)行描述，ki表示剛度系數(shù)，ci表示板柱連接阻尼系數(shù)，pi為作用于第i塊單元板的列車氣動(dòng)力，p(z,t)為單元板通過約束彈簧及阻尼器傳遞給立柱的作用力，ξi表示第i塊單元板對(duì)于高度處h型鋼立柱動(dòng)撓度，xi表示第i塊單元板的動(dòng)位移，mi表示第i塊單元板的質(zhì)量，ξ、ξi和xi上標(biāo)“·”與“··”分別代表時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)與二階導(dǎo)數(shù)，對(duì)應(yīng)速度與加速度；
14、動(dòng)力分析模型還包括結(jié)構(gòu)的邊界條件與初始條件，h型鋼邊界條件為一端自由、另一端由螺栓約束狀態(tài)決定，即：
15、ξ(0,t)＝f1,f1與f2是與螺栓緊固狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)；初始條件由為結(jié)構(gòu)初速度及初位移均為0表示，即ξ(z,0)＝0,xi(0)＝0,
16、優(yōu)選地，步驟(2)中，單元板板柱連接剛度考慮單元板內(nèi)外側(cè)膠條兩個(gè)接觸面的接觸狀態(tài)差異引起的非線性特征，采用分段線性函數(shù)描述，由板柱相對(duì)位移決定取值，如下式所示：
17、
18、其中，當(dāng)?shù)趇塊單元板位移xi大于或等于對(duì)應(yīng)h型鋼立柱高度處ξi時(shí)，剛度系數(shù)選取為ki+；當(dāng)?shù)趇塊單元板位移xi小于對(duì)應(yīng)h型鋼立柱高度處ξi時(shí)，剛度系數(shù)選取為ki﹣。
19、優(yōu)選地，由于板柱間橡膠件非簡單壓縮變形狀態(tài)，不宜直接用橡膠材料的彈性模量表征板柱連接剛度，考慮到接觸變形的復(fù)雜性，按照不同的分析目的，確定適宜的取值方法：對(duì)于未實(shí)施的項(xiàng)目，根據(jù)類似項(xiàng)目的動(dòng)力響應(yīng)測試結(jié)果，采用類比方式，確定板柱連接剛度的取值范圍；對(duì)于已實(shí)施的項(xiàng)目，根據(jù)列車較低速度通過工況或人工錘擊工況下動(dòng)位移實(shí)測結(jié)果，反演非線性板柱連接剛度。
20、優(yōu)選地，步驟(2)中，板柱連接阻尼系數(shù)ci通過實(shí)驗(yàn)測量或參考橡膠材料的損耗因子確定。
21、優(yōu)選地，步驟(2)中，動(dòng)力控制方程中涉及的h型鋼立柱抗彎剛度eiy與單位長度質(zhì)量ρa(bǔ)、單元板質(zhì)量mi通過實(shí)驗(yàn)測量或依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書、設(shè)計(jì)資料、檢測報(bào)告等方式獲取。
22、優(yōu)選地，步驟(2)中，h型鋼立柱邊界條件由安裝施工狀態(tài)確定，在安裝條件正常情況下，一端為自由邊界、另一端為固支邊界；當(dāng)h型鋼立柱螺栓松脫或緊固效果不佳時(shí)，通過模態(tài)試驗(yàn)確定邊界條件。
23、優(yōu)選地，步驟(3)中，列車對(duì)聲屏障的氣動(dòng)荷載通過布設(shè)風(fēng)壓傳感器，現(xiàn)場測試或類比測試獲取，根據(jù)列車氣動(dòng)荷載沿聲屏障高度方向的分布特征，采取靠近基礎(chǔ)處測點(diǎn)布置稀松、靠近結(jié)構(gòu)頂部測點(diǎn)布置密集的方式獲取列車經(jīng)過聲屏障的壓力信號(hào)，并通過數(shù)據(jù)擬合獲得壓力的垂向分布情況，進(jìn)而得到各個(gè)單元板的作用外力。
24、優(yōu)選地，步驟(4)具體如下：以高速列車距觀測點(diǎn)具有一定距離為起始時(shí)刻，假設(shè)立柱與單元板的初始位移與初始速度均為零，以主要構(gòu)件位移、速度與加速度為基本量，采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行迭代計(jì)算，并通過聯(lián)立求解方程組，獲得各時(shí)間步長的基本量，獲得聲屏障結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。
25、優(yōu)選地，步驟(4)中，為求解鐵路插板式聲屏障動(dòng)力控制非線性方程組，h型鋼立柱動(dòng)撓度采用模態(tài)疊加法描述，任意激勵(lì)下，單元板的動(dòng)位移采用杜哈梅積分描述，如下式所示：
26、
27、
28、其中，ωn和ωd分別為第i塊單元板在對(duì)應(yīng)約束狀態(tài)下的固有頻率與自然頻率，ai為第i塊單元板的阻尼比，wn(z)為懸臂梁的第n階模態(tài)振型函數(shù)，模態(tài)振型函數(shù)的選取應(yīng)覆蓋關(guān)心頻段，qn(t)為對(duì)應(yīng)的時(shí)間函數(shù)；τ表示時(shí)間積分變量。
29、有益效果：
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，基于插板式聲屏障的構(gòu)造特點(diǎn)，考慮了接觸狀態(tài)差異引起的板柱連接剛度非線性特征，建立本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(1)中，所述板柱間動(dòng)力傳遞關(guān)系，即單元板板柱連接剛度，考慮單元板內(nèi)外側(cè)膠條兩個(gè)接觸面的接觸狀態(tài)差異引起的非線性特征，采用分段線性函數(shù)描述。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述非線性特征，即非線性連接剛度，通過類比測試、列車較低速度通過工況或人工錘擊工況下動(dòng)位移實(shí)測結(jié)果反演獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(2)中，所述邊界條件：通過模態(tài)試驗(yàn)確定邊界條件，用于分析螺栓松脫或緊固效果不佳時(shí)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(2)中，所述邊界條件：H型鋼立柱安裝條件正常情況下，一端為自由邊界、另一端為固支邊界。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(2)中，所述動(dòng)力控制方程中涉及的相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及邊界條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(2)中，所述動(dòng)力控制方程如下：
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(4)具體如下：H型鋼立柱動(dòng)撓度，采用模態(tài)疊加法描述，任意激勵(lì)下單元板的動(dòng)位移，采用杜哈梅積分描述，帶入動(dòng)力控制方程，以主要構(gòu)件位移、速度與加速度為基本量，將力函數(shù)按分析時(shí)間步長，采用分段線性方式或其他高精度方式逼近，采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行迭代計(jì)算，并通過聯(lián)立求解方程組，獲得各時(shí)間步長的基本量，獲得聲屏障結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述杜哈梅積分描述，如下式所示：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，步驟如下：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(1)中，所述板柱間動(dòng)力傳遞關(guān)系，即單元板板柱連接剛度，考慮單元板內(nèi)外側(cè)膠條兩個(gè)接觸面的接觸狀態(tài)差異引起的非線性特征，采用分段線性函數(shù)描述。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，所述非線性特征，即非線性連接剛度，通過類比測試、列車較低速度通過工況或人工錘擊工況下動(dòng)位移實(shí)測結(jié)果反演獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(2)中，所述邊界條件：通過模態(tài)試驗(yàn)確定邊界條件，用于分析螺栓松脫或緊固效果不佳時(shí)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其特征在于，步驟(2)中，所述邊界條件：h型鋼立柱安裝條件正常情況下，一端為自由邊界、另一端為固支邊界。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于接觸非線性效應(yīng)的鐵路插板式聲屏障動(dòng)力響應(yīng)分析方法，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳興，劉蘭華，伍向陽，周鐵軍，潘永琛，張毅超，王翀宇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。