高架無砟軌道交通引起的環(huán)境振動研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，生活節(jié)奏的不斷加快，使得城市間客運和貨運的要求不斷提高，客運要求快速舒適，貨運要求重載。高速重載勢必導致列車內(nèi)舒適度的下降和鐵路沿線的環(huán)境振動與噪聲問題。由于我國高速鐵路軌道大部分都是修建高架軌道，因此基于這個問題，論文研究了高架無砟軌道交通引起的環(huán)境振動問題。
　　根據(jù)高速列車－無砟軌道－橋梁－附近土體系統(tǒng)耦合模型的特點，提出了適合分析該問題的新型車輛單元和軌道單元，運用有限元方法和Lagrange方程，

2、分別建立了高速列車－無砟軌道－橋梁豎向耦合系統(tǒng)動力分析模型和橋墩－附近土體空間耦合系統(tǒng)動力分析模型，推導了車輛單元及無砟軌道單元的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣。整個高速列車－無砟軌道－橋梁豎向耦合系統(tǒng)模型只需離散成車輛單元和軌道單元，其中無砟軌道－橋梁系統(tǒng)離散成軌道單元，一節(jié)車輛離散成4個獨立的動輪單元，因此計算時只需形成一次軌道－橋梁系統(tǒng)的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣，以后在每一步的計算中，只需組裝車輛單元的剛度、質(zhì)量和阻尼矩陣，形成

3、總剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣。該單元具有程序編制容易、計算效率高的特點。
　　對建立的高速鐵路列車－無砟軌道－橋梁豎向耦合系統(tǒng)動力分析模型，利用Newmark解組裝好的模型動力學方程，最后利用Matlab編制程序代碼實現(xiàn)解。由于高速無砟軌道的特性，本文在國內(nèi)外無砟軌道不平順譜幾乎空白的情況下選擇了最接近無砟軌道譜的德國低干擾譜模擬我國高速鐵路高低不平順譜。首先，分析了時速350Km/h的高速列車通過橋梁時的振動響應，并算出橋墩頂

4、的反力；其次，分析了軌道高低不平順和速度這兩個因素對高速列車通過橋梁時的振動響應的影響。得出結論為：隨著速度的增加和軌道不平順情況的變差，軌道部分響應加劇，并且得出軌下墊層的減振效果要優(yōu)于CA砂漿層；最后，基于橋梁參數(shù)對振動響應的影響分析比較少，研究了橋梁彎曲剛度對高速列車通過橋上無砟軌道振動響應的影響。得出結論為：對于剛度的改變，可以比較明顯的影響振動響應，隨著橋梁彎曲剛度的增大，振動響應減小。剛度的影響還是非常大的。
　　高速

5、列車通過橋上無砟軌道引起的環(huán)境問題將嚴重影響到線路附近的敏感地帶和敏感建筑物，基于現(xiàn)場測試情況，論文只分析了對敏感地帶的振動響應。因此建立了橋墩－附近土體空間耦合模型，考慮到箱梁下橡膠墊層的影響，這個模型應該叫橡膠墊層－橋墩－附近土體空間耦合系統(tǒng)模型，通過Ansys大型有限元分析軟件建立了這個模型，將高速列車－無砟軌道－橋梁豎向耦合系統(tǒng)模型算得的橋墩反力作為這個空間模型的激勵源，算出了離橋墩不同距離（0m，10m，20m，30m，40m

6、，50m和60m）的土體的振動響應。響應主要為加速度響應。得出主要結論為：振動的衰減在前10米非常大，前20米基本完成，在30、40米之間有所反彈之后就沒多大變化。因此高速列車通過橋上引起的振動對于敏感地帶和敏感建筑物來說危害比較大，所以在這些敏感地帶或敏感建筑物附近增加減振措施是非常重要的。
　　在論文完成期間參加了我國某條高速鐵路的測試工作，得到了相關數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)鋼軌的加速度與數(shù)值模擬的相差很大，鋼軌的區(qū)別大分析主要有兩個原