详情

原文传递地铁列车引起的地基振动及浮置板减振研究

论文题名：	地铁列车引起的地基振动及浮置板减振研究
关键词：	2.5维有限元方法;地铁列车;地基振动;浮置板减振;轨道耦合
摘要：	近几年来轨道交通的高速发展引起的环境振动和路基不均匀沉降问题日益凸显。过大的环境振动影响了沿线居民的正常生活，以及沿线一些有精密仪器的实验室和设备工厂，另外也可能会破坏沿线的一些不能承受过大振动的历史性建筑;而列车的长期运营后引起的路基不均匀沉降会使振动加剧。所以轨道交通引起的振动问题和沉降问题被越来越多的学者关注。　　本文首先运用已有的2.5维有限元方法，引入多层阻尼边界，通过计算带有一定激振频率移动矩形荷载下土体中的振动响应，与半解析解方法进行对比，以验证本模型在计算动静荷载下场地振动的正确性。　　之后把列车荷载考虑为移动常荷载，再加以一定的激振频率来分析不考虑车辆和轨道耦合的情况下单轮荷载通过时和整车荷载通过时隧道结构以及周围土层中的振动响应特征。为了表征这一结果，在地表和土层内部分别选择了若干个观察点。分析后发现列车的速度以及激振频率对场地中的振动响应有着重要的影响。当荷载考虑为移动常荷载时，在地表上引起的竖向位移响应范围较窄，而当荷载附加较低激振频率时，地表上引起的竖向位移响应范围较广，如果附加的激振频率较高时，那么地表上的竖向位移响应范围又会变窄。　　为了较真实有效地模拟列车通过时引起的振动问题，考虑了轨道的不平顺性，并把列车车体和轨道进行耦合。轮轨接触力通过四分之一车体模型来计算，模型中轨道不平顺采用单个余弦不平顺。在此种模型下分析了轨道不平顺的波长和幅值以及隧道壁厚和埋深对列车荷载引起的振动响应的影响。分析后发现隧道壁厚对地表振动的影响较小，而隧道埋深和轨道不平顺的波长和幅值对地表振动的影响跟列车速度有关。　　为了评估浮置板轨道的减振效果，本文进一步建立了2.5维浮置板轨道分析模型，模型中浮置板轨道中的钢轨和轨道板均采用欧拉梁来模拟，扣件和轨道板下钢弹簧在沿轨道方向进行均化处理，并采用弹簧-阻尼系统来模拟。浮置板轨道结构的刚度可通过与下面隧道结构接触的节点整合到下面有限单元中。文中首先分析了浮置板轨道的减振特性，然后分析了土层和隧道结构参数，浮置板轨道参数（钢弹簧刚度和浮置板单位长度质量）以及轨道不平顺参数（不平顺波长和幅值）对浮置板轨道减振效果的影响。　　为了更能真实地考虑轨道不平顺性，本文引入美国不平顺轨道谱，并通过三角级数方法展开成不平顺的空间分布，这样轨道的不平顺就可认为是由多个余弦不平顺组成。通过对由每个余弦不平顺下引起的轮轨接触力进行叠加，可以得到实际不平顺轨道下的轮轨接触力。本文中采用此模型分析了高铁和地铁两种工况，分析过程中考虑了不同的轨道平顺性条件以及不同的列车速度。
作者：	金皖锋
专业：	岩土工程
导师：	边学成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文