高速鐵路橋梁段車致地面振動(dòng)的半解析分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、鐵路網(wǎng)的不斷完善與運(yùn)行車速的不斷提高給人們的生活和出行帶來諸多便利的同時(shí)，也引發(fā)了困擾人們的環(huán)境振動(dòng)問題。列車運(yùn)行速度的提高使得車輛與軌道結(jié)構(gòu)之間的動(dòng)力相互作用加劇，振動(dòng)的加劇可能威脅列車運(yùn)行安全。與此同時(shí)，振動(dòng)能量以彈性波的形式在地基土中傳播，對(duì)沿線居民的身心健康、臨近建筑物和精密儀器的正常使用等造成了越來越嚴(yán)重的影響。使得高速運(yùn)行列車引起的振動(dòng)問題備受關(guān)注。
　　本文以津秦客運(yùn)專線橋梁段車致地面振動(dòng)為研究對(duì)象，采用理論分析與現(xiàn)

2、場試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，對(duì)高速鐵路橋梁段車致地面振動(dòng)問題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，主要工作和成果如下：
　　(1)在查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)高架軌道交通引起環(huán)境振動(dòng)問題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)和評(píng)述，明確了本文研究的內(nèi)容和方向。
　　(2)以高速鐵路上典型的CRTSⅡ型板式無砟軌道橋梁為研究對(duì)象，建立了頻域內(nèi)的1/8車輛-板式無砟軌道-橋梁垂向耦合動(dòng)力分析模型。詳細(xì)推導(dǎo)了該模型中各部分的導(dǎo)納以及動(dòng)態(tài)輪軌力的求解公式，最終求

3、得支座反力。考慮到多車輪同時(shí)作用于軌道結(jié)構(gòu)時(shí)，車輪之間經(jīng)由車輛自身懸掛和點(diǎn)頭慣量以及軌道結(jié)構(gòu)而發(fā)生的相互作用以及由于軸距和車輛定距的存在，輪軌接觸處的激勵(lì)出現(xiàn)時(shí)間滯后等問題，進(jìn)一步建立了1/2車輛與4層疊合梁耦合的車輛-軌道-橋梁垂向耦合模型。在此基礎(chǔ)上，探討車輛和軌道模型的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)輪軌力和橋梁支座動(dòng)反力的影響。舍去影響很小的模型參數(shù)，僅保留影響較大的模型參數(shù)，最終得到求解支座反力的車輪與2層疊合梁耦合的車輛-軌道-橋梁垂向耦合模

4、型。
　　(3)基于薄層單元法，引入形函數(shù)表示層狀地基薄層單元內(nèi)部沿垂向任意位置處的響應(yīng)，結(jié)合伽遼金加權(quán)殘值法，得到薄層單元的單剛矩陣，引入粘性邊界條件，對(duì)層狀土的單剛矩陣進(jìn)行集總得到總剛矩陣。對(duì)總剛矩陣進(jìn)行譜分析，得到各土層層面上的特征值和特征向量，采用模態(tài)疊加法進(jìn)一步求得層狀地基頻率-波數(shù)域內(nèi)的位移響應(yīng)。根據(jù)頻率-波數(shù)域與頻率-空間域內(nèi)的位移關(guān)系，得到層狀地基頻率-空間域內(nèi)的位移響應(yīng)表達(dá)式?；贔ortran平臺(tái)編制了計(jì)算程序

5、，通過算例對(duì)程序進(jìn)行了驗(yàn)證，并對(duì)分層地基土的頻散特性進(jìn)行了分析。
　　(4)基于薄層單元法的位移基本解，采用容積法建立了頻域內(nèi)的三維層狀地基中樁基-地基耦合動(dòng)力分析模型?；贔ortran平臺(tái)編制了計(jì)算程序，求解了樁基動(dòng)力阻抗函數(shù)及地基土的動(dòng)力響應(yīng)。探討了樁基頂部受單位簡諧荷載時(shí)，基礎(chǔ)類型、土體剪切波速、土體密度和土體阻尼比等參數(shù)對(duì)地基土動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　(5)針對(duì)津秦客運(yùn)專線橋梁段車致地面振動(dòng)問題進(jìn)行了現(xiàn)場測試，在

6、時(shí)域和頻域內(nèi)對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得到了不同車速下振動(dòng)波在土體中的一些傳播規(guī)律，進(jìn)一步指導(dǎo)和驗(yàn)證本文的理論研究工作。
　　(6)基于本文提出的列車-軌道-橋梁垂向耦合振動(dòng)分析模型和三維樁基-地基耦合振動(dòng)分析模型，提出了分析高速鐵路橋梁段車致地面振動(dòng)問題的頻域分析模型。通過列車-軌道-橋梁垂向耦合振動(dòng)分析模型求出橋墩頂部的支座動(dòng)反力，將其作用于三維樁基-地基耦合振動(dòng)分析模型作為外部激勵(lì)，即可求出自由場地基任意一點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)。理論分析