详情

原文传递高架无砟轨道交通引起的环境振动研究

论文题名：	高架无砟轨道交通引起的环境振动研究
关键词：	高架无砟轨道交通;环境振动;噪声问题;有限元计算
摘要：	随着我国经济的快速发展，生活节奏的不断加快，使得城市间客运和货运的要求不断提高，客运要求快速舒适，货运要求重载。高速重载势必导致列车内舒适度的下降和铁路沿线的环境振动与噪声问题。由于我国高速铁路轨道大部分都是修建高架轨道，因此基于这个问题，论文研究了高架无砟轨道交通引起的环境振动问题。　　根据高速列车－无砟轨道－桥梁－附近土体系统耦合模型的特点，提出了适合分析该问题的新型车辆单元和轨道单元，运用有限元方法和Lagrange方程，分别建立了高速列车－无砟轨道－桥梁竖向耦合系统动力分析模型和桥墩－附近土体空间耦合系统动力分析模型，推导了车辆单元及无砟轨道单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。整个高速列车－无砟轨道－桥梁竖向耦合系统模型只需离散成车辆单元和轨道单元，其中无砟轨道－桥梁系统离散成轨道单元，一节车辆离散成4个独立的动轮单元，因此计算时只需形成一次轨道－桥梁系统的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，以后在每一步的计算中，只需组装车辆单元的刚度、质量和阻尼矩阵，形成总刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。该单元具有程序编制容易、计算效率高的特点。　　对建立的高速铁路列车－无砟轨道－桥梁竖向耦合系统动力分析模型，利用Newmark解组装好的模型动力学方程，最后利用Matlab编制程序代码实现解。由于高速无砟轨道的特性，本文在国内外无砟轨道不平顺谱几乎空白的情况下选择了最接近无砟轨道谱的德国低干扰谱模拟我国高速铁路高低不平顺谱。首先，分析了时速350Km/h的高速列车通过桥梁时的振动响应，并算出桥墩顶的反力；其次，分析了轨道高低不平顺和速度这两个因素对高速列车通过桥梁时的振动响应的影响。得出结论为：随着速度的增加和轨道不平顺情况的变差，轨道部分响应加剧，并且得出轨下垫层的减振效果要优于CA砂浆层；最后，基于桥梁参数对振动响应的影响分析比较少，研究了桥梁弯曲刚度对高速列车通过桥上无砟轨道振动响应的影响。得出结论为：对于刚度的改变，可以比较明显的影响振动响应，随着桥梁弯曲刚度的增大，振动响应减小。刚度的影响还是非常大的。　　高速列车通过桥上无砟轨道引起的环境问题将严重影响到线路附近的敏感地带和敏感建筑物，基于现场测试情况，论文只分析了对敏感地带的振动响应。因此建立了桥墩－附近土体空间耦合模型，考虑到箱梁下橡胶垫层的影响，这个模型应该叫橡胶垫层－桥墩－附近土体空间耦合系统模型，通过Ansys大型有限元分析软件建立了这个模型，将高速列车－无砟轨道－桥梁竖向耦合系统模型算得的桥墩反力作为这个空间模型的激励源，算出了离桥墩不同距离（0m，10m，20m，30m，40m，50m和60m）的土体的振动响应。响应主要为加速度响应。得出主要结论为：振动的衰减在前10米非常大，前20米基本完成，在30、40米之间有所反弹之后就没多大变化。因此高速列车通过桥上引起的振动对于敏感地带和敏感建筑物来说危害比较大，所以在这些敏感地带或敏感建筑物附近增加减振措施是非常重要的。　　在论文完成期间参加了我国某条高速铁路的测试工作，得到了相关数据，分析发现钢轨的加速度与数值模拟的相差很大，钢轨的区别大分析主要有两个原因：一是计算模型不平顺谱与实际情况还是有差距；二时有限元计算对高频分析不准确，因此数值模拟没有考虑高频，而实际情况是有高频振动的。其他响应基本相符，从实测方面也验证了本文模型的正确性和可行性。实测数据也充分表明了高频振动的衰减很快，低频振动的衰减相对来说慢很多。
作者：	陈松
专业：	道路与铁道工程
导师：	雷晓燕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文