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高速列车作用下黄土路堑环境振动特性试验研究与数值分析
| 论文题名： | 高速列车作用下黄土路堑环境振动特性试验研究与数值分析 |
| 关键词： | 高速列车;无砟轨道;黄土路堑;振动特性;数值分析 |
| 摘要： | 随着轨道交通行业的发展，以高速铁路为主导的高效、环保、安全交通方式成为当前时代交通发展的主流。鉴于高速铁路里程不断攀高，高速列车诱发的环境振动问题同样愈发得到重视。高速列车行驶于无砟轨道上，其车速高，轨下结构刚度大，引发地面振动作用时长小但却振动幅值偏高，较之普通列车而言危害更甚。我国黄土覆盖区面积大，在高铁建设过程中成为了必须穿越的区域。黄土地区孕育了丰富的地形地貌，也导致路基和路堑密布。对黄土路堑段地面振动的研究直接影响到高速列车振动的预测与防治。本文着眼于理论分析、仿真建模和实测试验三个部分，对黄土路堑表面振动的传播、衰减机理和振级预测等方面进行了研究。 本文首先基于弹性波在路堑当中的传播理论对地面振动的响应方式、传播路径和衰减方式作了分析。分析指出，弹性波在地面拐点会发生绕射与反射，地面振动会在路堑边坡快速衰减。 而后基于经典的车轨耦合理论建立了车-轨垂向耦合动力学模型，在此模型中采用双层Euler梁来模拟轨道结构，计算高速列车通过时的扣件荷载。再从有限元理论出发建立车荷载-轨道结构-黄土路堑有限元仿真模型，在模型上施加扣件荷载，对比了振动在不同时速和不同路堑深度两种影响因素下的特性与传播规律。从结果分析得出，随车速提升土体表面振动加速度与频率幅值随之增大;随着距线路中心线横向距离的递增，地面振动加速度符合对数函数的衰减态势，在坡面上衰减较快而坡顶衰减缓慢，且振动能量随距离衰减过程中低频成分衰减较高频成分更为缓慢;在路堑高度改变时，高路堑对振动有较强抑制作用，路堑高度与其表面振动加速度幅值在一定的距离内成反比，超过此距离之后，路堑高度不再成为影响地面振动加速度的主因。 最后结合现场试验结果，探究了地面振动在不同运行方向下的差异。研究发现，在距线路中心线20m内近轨工况运行的列车地面振动加速度衰减率略大于远轨工况的列车，而超过20m时，远轨工况的列车衰减率远大于近轨工况的列车。从频谱的角度分析，高速列车的振动加速度频域分布有离散化的特征，出现一系列的单峰值，由近端至远端的衰减过程中高频成分和单峰值个数逐渐减少，近轨通过的列车单峰值集中频率高于远轨通过的列车。对不同运行方向的列车做了Z振级分析，结果表明，现行的模式预测法不能贴切地描述振级的衰减，而仿真预测值的衰减趋势与实测值接近，后者的预测效果更好。 |
| 作者： | 王东 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李斌;叶丙昀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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