随着铁路列车速度的提高,列车运行对周围环境的影响愈加严重,特别是列车运行过程中产生的噪声污染尤为显著。列车高速运行引起的噪声污染问题已经成为高速铁路设计和建设中不可忽视并且迫切需要解决的问题。槽形梁腹板可阻挡轮轨噪声等噪声的直接辐射,对噪声具有遮蔽作用。本文对高速列车运行条件下简支槽形梁的动力性能与噪声性能进行了理论分析与试验研究。主要研究内容包括:(1)引出铁路噪声问题,介绍了混凝土槽形梁在工程中的应用,对桥梁结构噪声、列车轮轨噪声的研究现状进行了回顾与总结。(2)建立了槽形梁的车桥耦合动力分析模型。基于多刚体假定,建立具有19个自由度的车辆运动方程;通过有限元软件ANSYS采用壳单元建立桥梁模型;轮轨相互作用模型采用横向线性蠕滑、竖向密贴的轮轨关系假定,采用全过程迭代法,求解桥梁与车辆的运动方程。以某32m简支槽形梁为例,计算了列车荷载作用下桥梁和桥上车辆的动力响应。高速列车以160-375km/h的速度过桥时,车辆与桥梁的动力响应指标均未超过规范限值。(3)总结了国内外轨道交通噪声的评价方法,建立了槽形梁结构辐射噪声预测模型。以车桥耦合动力分析得到的桥梁振动响应为边界条件,并结合基于Helmholtz方程的间接边界元方法对结构振动噪声进行预测。以32m简支槽形梁为研究对象,研究了 32m简支槽形梁的结构噪声声场分布规律,分析了梁体周围结构噪声场的影响因素,最后对各构件的声压贡献度进行了分析。结果表明:混凝土简支槽形梁的结构噪声频率主要分布在200Hz以下,声场分布主要受较低频率噪声成分影响;箱形梁结构噪声明显小于槽形梁的结构噪声。(4)研究分析了槽形梁对轮轨噪声的遮挡效果。首先建立轮轨噪声声辐射模型,以轮轨表面粗糙度为激励源,考虑轮轨接触滤波作用,运用车桥耦合动力学理论,并结合虚拟激励法,对轮轨滚动噪声进行了预测。以计算得到的轮轨滚动噪声为声源,建立槽形梁的二维边界元模型,分析了腹板对轮轨噪声的阻挡效果,并与箱梁周围声场进行了对比,然后分析了地面反射和桥墩高度对槽形梁周围轮轨噪声声场分布的影响。结果表明:相对于箱形梁,槽形梁对轮轨噪声的降噪效果非常好,几乎整个频率范围内槽形梁梁侧声压级都小于箱形梁梁侧声压级。(5)讨论了板厚(腹板和底板)、增大刚度(腹板加肋)对槽形梁结构辐射噪声的影响;分析了腹板高度、腹板倾角对轮轨噪声遮蔽效应的影响。结果表明:随着腹板厚度的增大,场点总体声压级逐渐增大,但增大量随着板厚的增加而减小;随着底板厚度的增大,场点总体声压级逐渐减小,减小量随着底板厚度的增加而明显增大;腹板加肋能够减小槽形梁周围声场场点的噪声声压级,但减小幅度不大,比不加肋时平均减小0.4dB;不同区域的场点的噪声声压级对腹板角度与腹板高度变化的敏感程度不同,在以低噪声为设计原则时,应当根据主要受声点的位置,选择合适的腹板角度与腹板高度。(6)开展了对高速铁路32m简支槽形梁与简支箱梁噪声性能的现场试验,对不同速度列车经过时桥梁的结构振动以及近场与远场噪声进行了测试,验证了桥梁结构噪声的理论分析结果,并对比了两种梁型对列车噪声的影响。对比槽形梁底板振动加速度及辐射噪声的理论计算值与实测值,结果表明实测值与理论计算值吻合良好;槽形梁梁体的结构辐射噪声主要分布在40～80Hz之间,声压级峰值在40Hz,与梁体加速度振级峰值中心频率相对应;相对于箱梁,槽形梁具有很好的降噪效果。