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原文传递轨道不平顺引起的结构与地基振动

论文题名：	轨道不平顺引起的结构与地基振动
关键词：	高速铁路;轨道不平顺;车-轨道-地基耦合;地基振动
摘要：	高速铁路一般修建在人口稠密的软弱土地区，列车高速通过时产生的地面振动不仅影响人们日常生活，而且对精密仪器生产及古文物保护也极为不利。目前世界范围内新建或拟建高速线路中无砟轨道占据很大比例，但学者们还不能完全掌握这种新型轨道结构的工作机理和服役性能，迫切需要一种新型理论或方法来准确把握无砟轨道线路周围地表振动响应规律。　　本文建立一种新型车-轨道-地基耦合模型，将轮轨作用力明确区分为静轴重和车体动荷载，考虑了轨道表面不平顺，并且将其耦合进2.5维有限元方法，通过对比光滑和非光滑轨道，计算了轨道表面不平顺引起的轮轨动荷载大小及周围地基振动响应规律。本文根据振动传播源及路径分别对轮轨相互作用力、轨道表面不平顺、板式轨道结构特性、路堤土体特性等进行参数化分析，得出很多有益成果，为线路设计及线路振动评估提供参考。　　车-轨道耦合模型不仅将轨道不平顺引起的轮轨动荷载包含进来，而且将其与静轴重明确区分开来，可以分别研究两种作用力对高铁线路振动的影响。车辆采用多刚体四分之一模型，轨道表面不平顺采用余弦不平顺，建立单轮单线模型，采用参数化分析轨道不平顺波长、幅值对结构和地基振动的影响。模拟结果及理论都证明了轮轨动荷载与轨道不平顺波长倒数相关，而与幅值成正比例增长，因此减小轨道表面不平顺波长对增大轮轨作用力更加明显。连续型余弦不平顺波长越短，其引起的轮轨动荷载作用力越大，轨道中心及附近振动作用越明显；轨道不平顺波长越长，其引起的振动频率越小，轮轨动作用力增大越不明显，但对线路周围的地基和建筑物振动不利。　　为了研究列车自身参数对振动的影响，我们建立1:1京沪双线模型，并计算8节CHR3型车高低速通过时轨道和地基振动响应规律，采用时域和频域分析，得出单节车型长度及相邻车厢前后转向架中心距所致频率对地基响应影响最大，前者与朱圣浩实测结果相符合。　　为了解无砟轨道系统本身参数对结构及地基振动的影响，我们建立简单钢轨-板式轨道-混凝土底座三层梁系统解析解，并将其与下部地基耦合，在2.5维有限元中进行计算。通过对轨道系统支持刚度、抗弯刚度等参数分析，得出支撑刚度及抗弯刚度最优取值区间及无砟轨道工作特性，为轨道结构优化提供参考。　　为了研究轨道路堤本体对结构和地基振动的影响，对路堤高度进行分析，计算轨道路堤固有频率及第一临界速度。当路堤仅由级配碎石或是A/B填料组成，路堤对振动衰减作用不明显；当路堤下部有改良土体，其对振动衰减作用要明显好于没有改良土体路堤，但是高路堤会占用更多耕地，增加投资，同时也会降低第一临界速度，对提高列车运行速度不利。　　总之，本文通过理论及模拟计算分别从轨道结构、路堤结构及列车参数三方面对线路振动进行了研究总结，得出路堤第一临界速度及地基振动两个最值频率，具有重要理论价值和实际意义。
作者：	常超
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：	2012
正文语种：	中文