【博士】板式無(wú)砟軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)研究【2008】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：車(chē)輛工程　　授予學(xué)位：博士 　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)鐵路列車(chē)的運(yùn)行速度比較低，環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題沒(méi)有引起足夠重視，對(duì)鐵路交通環(huán)境振動(dòng)的研究?jī)H限于在城市鐵路交通線(xiàn)附近的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究和少量的理論探討，高速條件下和無(wú)砟軌道條件下的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題的研究更是鳳毛麟角，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于當(dāng)前我國(guó)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(dòng)的傳播規(guī)律和影響因素，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的環(huán)境振動(dòng)控制措施，為我國(guó)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(guó)內(nèi)外環(huán)境振動(dòng)研究歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，主要針對(duì)路堤　　線(xiàn)路條件和地鐵線(xiàn)路條件下的環(huán)境振動(dòng)，圍繞板式無(wú)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(dòng)三維分析模型。模型中綜合考慮了列車(chē)、軌道、地基、隧道、框架結(jié)構(gòu)等因素對(duì)環(huán)境振動(dòng)的影響，研究了鐵路交通引起的地面和線(xiàn)路附近框架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特征及振動(dòng)控制措施的效果?！　≡谲壍篮偷鼗鶆?dòng)力學(xué)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(dòng)軸荷載列作用下的地面振動(dòng)解析分析模型，模型對(duì)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(jì)算域邊界的影響，具有較寬的計(jì)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(chē)運(yùn)行速度達(dá)到地基表面Rayleigh波速時(shí)引起的地基共振，討論了列車(chē)的軸重變化對(duì)環(huán)境振動(dòng)的影響等。　　在車(chē)輛一軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立了鐵路交通環(huán)境振動(dòng)三維數(shù)值計(jì)算模型，即車(chē)輛一軌道一地基耦合動(dòng)力學(xué)模型。模型中，車(chē)輛和軌道部分采用垂向平面模型，對(duì)板式無(wú)砟軌道用4節(jié)點(diǎn)8自由度組合有限單元?jiǎng)澐郑旱鼗萌S實(shí)體有限單元?jiǎng)澐郑徊ㄔ谟?jì)算域邊界的透射用粘彈性動(dòng)力人工邊界單元模擬；用Hertz非線(xiàn)性彈性輪軌接觸理論建立車(chē)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(xiàn)性作用力、地基的分層特征及計(jì)算域中復(fù)雜的幾何構(gòu)形，便于模型擴(kuò)展，計(jì)算域的大小不受列車(chē)長(zhǎng)度的影響。本文通過(guò)對(duì)該模型擴(kuò)展得到了路堤線(xiàn)路條件下的列車(chē)一軌道一地基一框架結(jié)構(gòu)環(huán)境振動(dòng)分析模型和地鐵線(xiàn)路條件下列車(chē)一軌道一隧道一地基一框架結(jié)構(gòu)環(huán)境振動(dòng)分析模型?！　〔捎脭?shù)值方法研究路堤線(xiàn)路條件下動(dòng)車(chē)組通過(guò)時(shí)引起的環(huán)境振動(dòng)。主要包括：分析地面振動(dòng)及線(xiàn)路附近框架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特征；研究無(wú)砟軌道動(dòng)力學(xué)參數(shù)及隔振溝幾何、物理參數(shù)對(duì)環(huán)境振動(dòng)控制效果的影響。計(jì)算表明地面振動(dòng)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(dá)到降低環(huán)境振動(dòng)的目的；在本文計(jì)算條件下，明溝能降低振動(dòng)約8dB～10dB，其合理深度為5m～7m?！　∮脭?shù)值方法研究了地鐵線(xiàn)路條件下列車(chē)通過(guò)時(shí)引起的環(huán)境振動(dòng)。主要包括：分析圓形隧道結(jié)構(gòu)周?chē)鼗恼駝?dòng)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(duì)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(dòng)響應(yīng)。結(jié)果表明，列車(chē)通過(guò)時(shí)傳到地面的主要是豎向的低頻振動(dòng)，本文計(jì)算條件下，在20m～30m的范圍內(nèi)會(huì)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(dòng)的最大值；從環(huán)境振動(dòng)的角度講，隧道埋深大于13m比較合理。上述結(jié)果對(duì)高速鐵路的減振設(shè)計(jì)提供了必要的參考?！　?

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