车辆扰动下高架道路声屏障风荷载的数值模拟

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1、◎⋯一⋯s车辆扰动下高架道路声屏障风荷载的数值模拟罗攀(上海浦东工程建设管理有限公司，上海20I203)摘要：对车辆扰动下高架道路声屏障屏体表面风荷载进行了数值模拟分析，获得了车辆经过时作用于屏体表面的典型的压衙载时程。通过参数分析给出了屏体不同位置风压荷载的差异及原因。通过对屏体表面檄值风荷载的深入分析得m：现行采用声屏障所在地区5O年一遇基本风压作为其设计控制荷载是不合理和不安全的。关键词：声屏障；车辆；扰动；风荷载；数值模拟0引言高速行驶的列车会使其周围的空气产生烈烈扰随着社会经济发展和全民环保意识的提高，交通环动。当列车进人声屏障区段时，车辆与声屏

2、障问的保问题得到了空前重视，声屏障作为减少城市交通噪声气扰动会加剧，这使得声屏障表面的空气压力发生突的重要措施被广泛采用l】]。上海市城市高架道路，截至变，形成瞬态压力冲击，在很短的时间内相继出现止负2009年底，其声屏障总里程已达127kmL。1994年上压力峰值，产生对声屏障结构的脉动压力波，这就海第一条城市高架道路内环线投入运营且同期修导致在国外一些高速铁路中采用螺栓连接的声屏障在建的声屏障现在早已难觅踪迹，使用5～6年后声屏障运营后不久相继出现螺栓松动和混凝土局部开裂等现出现了不同程度的损坏，如钢结构锈蚀、立柱及屏体变象。城市高架道路行驶汽车的车速

3、可达l00knl／h，其形、部分屏体脱落以及立柱底座连接处混凝土开裂等情与声屏障间的距离也较铁路列车与周边建筑的最小距况(见图1)，使用寿命最长的也不超过1O年J，这与其离近，因此，高速行驶汽车对声屏障产生的风荷载作用最初20年的设计寿命相距甚远。声屏障实际使用寿命也不容忽视。短的现状，必然带来经常性的维修和更换，施工期间的针对城市高架道路声屏障使用寿命短和服务水平封闭交通无疑给市民出行带来了不便，当然其所造成的低的情况，究其原因，除了工程质量问题外，声屏障结构经济损失和带来的社会负面影响也是毋庸置疑的。设计缺乏规范的有效指导也是一个重要原因。在美国、英国

4、、日本和新西兰等国的相关公路声屏障设计荷载规范中，没有关于汽车扰动作用下声屏障风荷载的相关规定ll7】。我国尚无道路声屏障结构设计规范，一般将声屏障的结构风荷载作为主要设计控制荷载。本文采用数值风洞技术，全程模拟某一大型商J}J客车通过声屏障边侧时对其产生的扰动过程；获得厂a)立柱及屏体变形大型商用客车以不同车速和侧向距离驶过情况下作用在声屏障板上的风压分布、脉动风压时程和极值。结果表明，城市高架道路声屏障的设汁荷载应充分考虑汽车扰动产生的风荷载。1计算模型b)基座混凝土开裂数值风洞模拟了某大型商用客车以不同车速(80、图1高架道路声屏障车辆扰动导致的破坏

5、照片i00、120km／h)保持一定横向间距(0．5m和1．0n1)经过混凝土防撞墙附近连续的声屏障板时整个流体域的收稿日期：20l10,i一】0基金项目：罔家自然科学基金项目资助(51008234)三维流场。空间模型包括汽车、高架桥面和声屏障一定26上踢么姥No．22011s一⋯⋯◎范围内屏体(如图2)。汽车外形尺寸：长13．7m，宽2．条件采用压力出口边界条件。无滑移固壁条件为桥面55m，高4m。声屏障长度考虑30m，取中间的2m标及声屏障，汽车设置相应的移动速度。准段进行分块研究其风荷载，车辆行驶考虑车头将进入声屏障到车尾完全驶离声屏障的全过程。利用

6、3结果与分析Gambit软件进行几何建模和网格划分，最终网格数量声屏障的风荷载研究选取其中的2m标准段为研约200万个。动态网格方案采用滑移网格法和动态层究对象，主要关注垂直于声屏障屏体表面的风压，将法，在滑移交界面上采用差值的方法实现网格间信息3m高的声屏障分为12个小块进行风压时程的监视，的传递；随着网格的移动，在区域两端产生网格的移除如图4所示，每个分块的面积为0．5m。计算给定和重生成。图3给出了动网格区域划分的示意图。120、100、80km／h三种车速，车体与声屏障屏体的横向距离分别给定为0．5m和1m。图2几何模型及网格划分静止网格区域图4声

7、屏障分块编号示意图、_÷动网格域＼网格重生成区域网格移除区域／通过监视声屏障各分块的受力过程，可得到不同车速下声屏障风荷载的正负极值。从声屏障各分块所静止网格区域受风荷载变化时程曲线可看出(如图5)：数值模拟结果完整地再现了汽车从车头进入声屏障到车尾离开声图3动网格区域示意图屏障过程中各分块所受风荷载的3个阶段，即对应头2计算方法及边界条件波(车头部分进入声屏障)、行波(车身部分经过声屏流场的数值模拟是以Navier—Stokes方程为基本障)和尾波(车尾部分驶离声屏障)，其中风荷载大小由控制方程，采用离散化的数值模拟方法求解流场。在头波起控制因素。头波由

8、一个极大的正压瞬时转换成Navier—Stokes方程求解中，工程