基于解析的車軌耦合模型及地鐵對(duì)環(huán)境的振動(dòng)影響研究.pdf

1、列車運(yùn)行會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲污染，包括對(duì)周邊的居住人群、建筑結(jié)構(gòu)物、精密儀器，既有線路，古代建筑群等產(chǎn)生影響，隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)密集度不斷增加，列車振動(dòng)引起的環(huán)境問題成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。城軌交通中地鐵列車引起的振動(dòng)，是一個(gè)車輛-軌道-隧道-地層的整體系統(tǒng)。其中車輛簧下質(zhì)量直接影響輪軌接觸力，是激發(fā)振動(dòng)的主要振源；隧道結(jié)構(gòu)和地層是振動(dòng)傳播的主要介質(zhì)。各子系統(tǒng)相互作用、相互耦合，使得地鐵列車振動(dòng)問題異常復(fù)雜，必須將理論解析、實(shí)地測(cè)試和數(shù)值

2、模擬有效地結(jié)合起來(lái)，才能取得良好的結(jié)果。
　　 因此，本文在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“城市軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)及防治對(duì)策研究(項(xiàng)目編號(hào)：50538010)”和“地鐵列車運(yùn)行引起的隧道及自由場(chǎng)動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值預(yù)測(cè)模型研究(項(xiàng)目編號(hào)：50848046)”的支持下，采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和數(shù)值模擬等多種研究手段，得到基于解析的車軌耦合模型，并針對(duì)北京地鐵5號(hào)線的地表振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試，采用MIDAS/GTS軟件建立三維動(dòng)力有限元數(shù)值模型進(jìn)行了

3、仿真計(jì)算，對(duì)比驗(yàn)證計(jì)算模型的正確性與可靠性，并分析了列車振動(dòng)荷載下地表的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，進(jìn)而通過(guò)正交試驗(yàn)法進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)地表振動(dòng)的影響因素進(jìn)行了大量的參數(shù)分析，取得了以下主要研究成果：
　　 (1)從理論的角度建立了一個(gè)基于解析的車輛-軌道耦合模型系統(tǒng)，該系統(tǒng)考慮整車模型、無(wú)限長(zhǎng)軌道結(jié)構(gòu)、軌道不平順、輪軌接觸等因素。在車軌耦合的無(wú)限長(zhǎng)軌道結(jié)構(gòu)中，通過(guò)軌枕的周期性，將無(wú)窮域時(shí)間空間的積分問題轉(zhuǎn)換為“車軌耦合基本單元”頻率域分量的疊

4、加問題，得到了軌道結(jié)構(gòu)任意觀察點(diǎn)的動(dòng)力響應(yīng)的解析解，從而可以獲得了任意行車速度、任意車型荷載、任意軌道結(jié)構(gòu)下的列車動(dòng)荷載計(jì)算的通用理論模型；整個(gè)求解過(guò)程都是在解析推導(dǎo)下完成的，各物理量均用矩陣和向量來(lái)表示，并且在波數(shù)-頻域內(nèi)進(jìn)行的，這對(duì)分析整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)的頻率特性提供了很大方便。
　　 (2)編制了完善的車軌耦合解析模型軟件包TMCVT，通過(guò)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比，驗(yàn)證了該軟件計(jì)算結(jié)果的正確性。從而可以方便的研究車輛和軌道

5、相互作用的動(dòng)力問題。
　　 (3)以北京地鐵5號(hào)線宋家莊-劉家窯區(qū)段為背景，進(jìn)行不同線路條件(圓曲線、緩和曲線、直線)，不同扣件型式(DTVI2扣件、Vanguard扣件)的地表振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，隨后通過(guò)建立的隧道.地層系統(tǒng)有限元分析模型，從時(shí)域、頻域以及振動(dòng)衰減規(guī)律多個(gè)角度，分析了其地表的振動(dòng)響應(yīng)，并與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了預(yù)測(cè)模型的可靠和合理性。
　　 (4)根據(jù)建立的理論模型和有限元模型，采用正交設(shè)計(jì)的方法，對(duì)振動(dòng)的