基于解析的車軌耦合模型及地鐵對環(huán)境的振動影響研究.pdf

1、列車運行會對周邊環(huán)境產(chǎn)生振動和噪聲污染，包括對周邊的居住人群、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，列車振動引起的環(huán)境問題成為國內(nèi)外關(guān)注的熱點。城軌交通中地鐵列車引起的振動，是一個車輛-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)振動的主要振源；隧道結(jié)構(gòu)和地層是振動傳播的主要介質(zhì)。各子系統(tǒng)相互作用、相互耦合，使得地鐵列車振動問題異常復(fù)雜，必須將理論解析、實地測試和數(shù)值

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

3、仿真計算，對比驗證計算模型的正確性與可靠性，并分析了列車振動荷載下地表的動力響應(yīng)規(guī)律，進(jìn)而通過正交試驗法進(jìn)行數(shù)值模擬，對地表振動的影響因素進(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、無限長軌道結(jié)構(gòu)、軌道不平順、輪軌接觸等因素。在車軌耦合的無限長軌道結(jié)構(gòu)中，通過軌枕的周期性，將無窮域時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)任意觀察點的動力響應(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)下的列車動荷載計算的通用理論模型；整個求解過程都是在解析推導(dǎo)下完成的，各物理量均用矩陣和向量來表示，并且在波數(shù)-頻域內(nèi)進(jìn)行的，這對分析整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的動力響應(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，通過計算值與實測值的對比，驗證了該軟件計算結(jié)果的正確性。從而可以方便的研究車輛和軌道

5、相互作用的動力問題。
　　 (3)以北京地鐵5號線宋家莊-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)的地表振動現(xiàn)場測試，隨后通過建立的隧道.地層系統(tǒng)有限元分析模型，從時域、頻域以及振動衰減規(guī)律多個角度，分析了其地表的振動響應(yīng)，并與實測資料進(jìn)行對比，驗證了預(yù)測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)計的方法，對振動的