【博士】板式無砟軌道交通引起的環(huán)境振動研究【2008】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：車輛工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度： 2008年　　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?！　≡谲壍篮偷鼗鶆恿W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?！　≡谲囕v一軌道耦合動力學理論的基礎(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，即車輛一軌道一地基耦合動力學模型。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一軌道一地基一框架結(jié)構(gòu)環(huán)境振動分析模型和地鐵線路條件下列車一軌道一隧道一地基一框架結(jié)構(gòu)環(huán)境振動分析模型?！　〔捎脭?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?！　∮脭?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。主要包括：分析圓形隧道結(jié)構(gòu)周圍地基的振動及衰減特征；研究隧道埋深、地基彈性模量、軌道結(jié)構(gòu)型式的影響；對比分析隧道正上方地基表面高層和低層框架結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。結(jié)果表明，列車通過時傳到地面的主要是豎向的低頻振動，本文計算條件下，在20m～30m的范圍內(nèi)會出現(xiàn)反彈增大；與低層框架不同，高層框架在中部位置出現(xiàn)振動的最大值；從環(huán)境振動的角度講，隧道埋深大于13m比較合理。上述結(jié)果對高速鐵路的減振設(shè)計提供了必要的參考?！　?

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