箱型梁腹板开孔对低频振动传递特性的影响

箱型梁腹板开孔对低频振动传递特性的影响

许代言

许代言

湖南省高铁运行安全保障工程技术研究中心湖南株洲412006

摘要：以32m轨道交通箱型梁为研究对象，按腹板开孔间距及孔径分别建立5组腹板开孔模型与1组腹板无孔模型，建立轨道-箱型梁有限元振动传递特性分析模型，研究腹板开孔对轨道交通箱型梁振动传递特性的影响。结果表明：腹板开孔对箱型梁各部位速度导纳在不同频段均有一定的降低效果，其中以顶板垂向和腹板横向最为明显；开孔半径对箱型梁腹板的横向速度导纳有较为显著的影响，且腹板开孔半径越小，对箱型梁腹板横向振动减振效果越好。

关键词：箱型梁；腹板开孔；速度导纳

轨道交通箱型梁在列车荷载作用下产生0～100HZ频段的振动称为低频振动[1]。这种低频振动在传播过程中不容易衰减，对人体健康危害极大[2]，因此有必要针对轨道交通箱型梁的低频振动展开研究并采取有效措施加以控制。

列车荷载引发轨道结构及其下部桥梁结构振动，一般桥梁阻抗越大，振动幅值越小[3]。圆柱壳上开孔的方案可以降低结构的低频振动，这为桥梁结构减振提供了一种思路[4]。

1箱型梁有限元模型及腹板开孔工况

1.1有限元模型的建立与参数选择

为了比较准确地预测列车荷载作用下轨道交通箱型梁的振动情况，用有限元软件建立箱型梁三维实体模型，箱梁跨度为32m，弹性模量取36.2Gpa，密度2500kg/m3，泊松比为0.2，阻尼比为0.03，支座刚度取3.38×109N/m；扣件垂向刚度为6×109N/m。阻尼为104N.s/m，扣件间距为0.625m。划分网格后的有限元模型如图1所示：

图1箱型梁实体有限元模型图2箱型梁腹板开孔示意图（工况1）

1.2腹板开孔工况选择

按腹板开孔距离及孔径分别建立5组腹板开孔模型与1组腹板无孔模型，如表1所示，其中工况1如图2所示。

图3顶板中点垂向速度导纳

2参数影响分析

由图3可见：在22HZ以上频段腹板开孔组的顶板垂向速度导纳较未开孔组显著降低，且呈现开孔间距越大，导纳值降幅越小的趋势。图4可以看出：腹板开孔可以降低箱型梁在35HZ以上频段的腹板横向振动，且开孔间距越小，减振效果越好。从图5可见：腹板开孔半径越小，对箱型梁腹板横向振动减振效果越好。

图4腹板中点横向速度导纳图5腹板中点横向速度导纳

3结论

本文通过对6组不同工况箱型梁模型进行振动传递特性分析，讨论不同的腹板开孔间距及孔径对箱型梁低频振动特性的影响，得到如下结论：

（1）腹板开孔使箱型梁顶板垂向振动显著降低，且呈现开孔间距越大，导纳值降幅越小的趋势。

（2）腹板开孔可以降低箱型梁在35HZ以上频段的腹板横向振动，且开孔间距越小，减振效果越好。

（3）开孔半径对箱型梁腹板的横向速度导纳有较为显著的影响，且腹板开孔半径越小，对箱型梁腹板横向振动减振效果越好。

参考文献:

[1]朱彦,陈光冶,林常明.城市高架轨道桥辐射噪声的计算与分析[J].噪声与振动控制,2005,(3):37-41.

[2]刘加华,练松良.城市轨道交通振动与噪声[J].交通运输工程学报,2002,01:29-33.

[3]江波.城市轨道交通轨道结构噪声分析与减振降噪措施[J].铁道建筑,2004,(2):62-65.

[4]杨新文,石广田,杨建近.车轮辐板开孔对车轮振动噪声辐射特性的影响[J].中国铁道科学,2014,02:58-64.

作者简介：许代言(1990-)，男，硕士，主要研究方向：铁路环境振动与噪声研究。