高速列车气动噪声主要由结构诱导涡旋及结构表面的流体压力梯度变化形成,针对这2种噪声产生机制,结合DES分离涡模拟方法及Lighthill声比拟理论,计算了受电弓变截面弓杆及仿生表面织构2种气动降噪方式的声学特性,计算结果表明通过本体结构及表面优化均可有效降低高速列车气动噪声;弓杆截面型式的改变会影响周边压力场的分布特性,进而改变结构自身表面声功率特性,实现降噪的效果;仿生表面织构通过在结构阵列面上形成二次涡群来降低结构表面气动噪声;倒角式横杆、椭圆形臂杆及菱形凹坑表面声学特性优于其他结构型式。

对我国现行高速铁路声屏障技术标准及其相关技术条件的适用性进行了总结分析。结果表明,我国现行铁路声屏障工程设计文件,主要包括时速200 km、250 km和350 km高速铁路声屏障通用参考图。声屏障结构的最大变形、共振效应和疲劳强度是进行声屏障气动效应测试和评判的主要参数。抗疲劳性能测试时的荷载值应根据该运行速度条件下的列车气动风压值和动力响应系数等分析计算确定。现场试验测量中得到的动变形测量值应换算为最不利荷载条件下的最大动变形值才能与声屏障结构动变形设计限值进行对比分析评判。开展声屏障设计时应充分考虑声屏障整体结构在长期荷载作用下的劣化与控制要求。

为了掌握我国高速铁路长期运营后声屏障结构动力响应性能变化情况,更好地进行运营期声屏障的安全评估和高速铁路桥梁声屏障设计,通过现场试验及与运营初期的数据对比,得到运营期动车组高速通过时桥梁声屏障气动荷载及结构动力响应的变化规律。结果表明动车组高速通过时声屏障结构表面承受气动荷载显著;列车风压对声屏障不同位置的变形和应力的影响程度不同,单元板位移大于立柱,立柱应力大于单元板;高速铁路运营10年后,单元板和立柱最大位移增大而最大应力减小,表明声屏障结构长期承受交变荷载后可能出现承载能力下降问题。建议设计时考虑运营期声屏障疲劳劣化所带来的影响,优化结构疲劳设计指标。

针对高速铁路声屏障的安全可靠性,从气动效应角度阐述其研究现状、研究成果及存在的挑战,并基于我国高速铁路声屏障应用场景,探讨列车脉动力的主要影响因素和声屏障结构的振动特性,结合技术标准中与气动效应相关的要求和规定,提出完善标准体系的相关建议,并对未来的重点研究方向进行展望。结果表明列车脉动力受列车运行速度、列车车型及声屏障设置位置等因素的共同影响,列车脉动力与运行速度的平方基本服从线性关系;声屏障气动效应还与车头流线型、车体截面形状等列车气动性能参数相关,相同速度条件下不同车型的脉动力差异可达45%;在列车脉动力作用下,声屏障钢立柱以横向振动为主,呈现典型受弯构件的特征,而单元板以整体往复横向运动为主,振幅受安装状态的影响显著,声屏障动力性能评估重点为结构的低频振动;未来可结合声屏障结构