板式無砟軌道交通引起的環(huán)境振動研究.pdf

1、長期以來我國鐵路列車的運行速度比較低，環(huán)境振動問題沒有引起足夠重視，對鐵路交通環(huán)境振動的研究僅限于在城市鐵路交通線附近的現(xiàn)場實測研究和少量的理論探討，高速條件下和無砟軌道條件下的環(huán)境振動問題的研究更是鳳毛麟角，遠遠滯后于當(dāng)前我國鐵路交通的發(fā)展。因此，急需建立完善的理論分析方法，搞清鐵路交通環(huán)境振動的傳播規(guī)律和影響因素，開發(fā)經(jīng)濟有效的環(huán)境振動控制措施，為我國鐵路交通的跨越式發(fā)展提供技術(shù)支持。 故在回顧和分析國內(nèi)外環(huán)境振動研究歷史和

2、現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，主要針對路堤線路條件和地鐵線路條件下的環(huán)境振動，圍繞板式無砟軌道，分別用解析方法和數(shù)值方法建立了比較完善的環(huán)境振動三維分析模型。模型中綜合考慮了列車、軌道、地基、隧道、框架結(jié)構(gòu)等因素對環(huán)境振動的影響，研究了鐵路交通引起的地面和線路附近框架結(jié)構(gòu)的振動特征及振動控制措施的效果。 在軌道和地基動力學(xué)方程波數(shù)域求解理論的基礎(chǔ)上，建立板式軌道交通在移動軸荷載列作用下的地面振動解析分析模型，模型對軌道的阻尼按粘滯阻尼考慮，分層

3、地基模型能反映波在三維彈性介質(zhì)中的傳播，不必考慮計算域邊界的影響，具有較寬的計算域。用解析模型分析了軌道結(jié)構(gòu)和地基之間的相互作用關(guān)系，探討了在軟土地基中列車運行速度達到地基表面Rayleigh波速時引起的地基共振，討論了列車的軸重變化對環(huán)境振動的影響等。 在車輛--軌道耦合動力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，進一步建立了鐵路交通環(huán)境振動三維數(shù)值計算模型，即車輛—軌道—地基耦合動力學(xué)模型。模型中，車輛和軌道部分采用垂向平面模型，對板式無砟軌道用4

4、節(jié)點8自由度組合有限單元劃分：地基用三維實體有限單元劃分；波在計算域邊界的透射用粘彈性動力人工邊界單元模擬；用Hertz非線性彈性輪軌接觸理論建立車輛和軌道之間的耦合關(guān)系。該模型可以考慮輪軌之間的非線性作用力、地基的分層特征及計算域中復(fù)雜的幾何構(gòu)形，便于模型擴展，計算域的大小不受列車長度的影響。本文通過對該模型擴展得到了路堤線路條件下的列車—軌道—地基—框架結(jié)構(gòu)環(huán)境振動分析模型和地鐵線路條件下列車—軌道—隧道—地基—框架結(jié)構(gòu)環(huán)境振動分析

5、模型。 采用數(shù)值方法研究路堤線路條件下動車組通過時引起的環(huán)境振動。主要包括：分析地面振動及線路附近框架結(jié)構(gòu)的振動特征；研究無砟軌道動力學(xué)參數(shù)及隔振溝幾何、物理參數(shù)對環(huán)境振動控制效果的影響。計算表明地面振動按指數(shù)規(guī)律衰減；提高扣件和板下調(diào)整層的彈性，增加軌道板的厚度可以達到降低環(huán)境振動的目的；在本文計算條件下，明溝能降低振動約8dB～10dB，其合理深度為5m～7m。 用數(shù)值方法研究了地鐵線路條件下列車通過時引起的環(huán)境振動