高架無(wú)砟軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)研究.pdf

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

2、分別建立了高速列車(chē)－無(wú)砟軌道－橋梁豎向耦合系統(tǒng)動(dòng)力分析模型和橋墩－附近土體空間耦合系統(tǒng)動(dòng)力分析模型，推導(dǎo)了車(chē)輛單元及無(wú)砟軌道單元的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣。整個(gè)高速列車(chē)－無(wú)砟軌道－橋梁豎向耦合系統(tǒng)模型只需離散成車(chē)輛單元和軌道單元，其中無(wú)砟軌道－橋梁系統(tǒng)離散成軌道單元，一節(jié)車(chē)輛離散成4個(gè)獨(dú)立的動(dòng)輪單元，因此計(jì)算時(shí)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(jì)算中，只需組裝車(chē)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(jì)算效率高的特點(diǎn)。
　　對(duì)建立的高速鐵路列車(chē)－無(wú)砟軌道－橋梁豎向耦合系統(tǒng)動(dòng)力分析模型，利用Newmark解組裝好的模型動(dòng)力學(xué)方程，最后利用Matlab編制程序代碼實(shí)現(xiàn)解。由于高速無(wú)砟軌道的特性，本文在國(guó)內(nèi)外無(wú)砟軌道不平順譜幾乎空白的情況下選擇了最接近無(wú)砟軌道譜的德國(guó)低干擾譜模擬我國(guó)高速鐵路高低不平順譜。首先，分析了時(shí)速350Km/h的高速列車(chē)通過(guò)橋梁時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)，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(gè)因素對(duì)高速列車(chē)通過(guò)橋梁時(shí)的振動(dòng)響應(yīng)的影響。得出結(jié)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(yīng)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(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響分析比較少，研究了橋梁彎曲剛度對(duì)高速列車(chē)通過(guò)橋上無(wú)砟軌道振動(dòng)響應(yīng)的影響。得出結(jié)論為：對(duì)于剛度的改變，可以比較明顯的影響振動(dòng)響應(yīng)，隨著橋梁彎曲剛度的增大，振動(dòng)響應(yīng)減小。剛度的影響還是非常大的。
　　高速

5、列車(chē)通過(guò)橋上無(wú)砟軌道引起的環(huán)境問(wèn)題將嚴(yán)重影響到線路附近的敏感地帶和敏感建筑物，基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，論文只分析了對(duì)敏感地帶的振動(dòng)響應(yīng)。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(gè)模型應(yīng)該叫橡膠墊層－橋墩－附近土體空間耦合系統(tǒng)模型，通過(guò)Ansys大型有限元分析軟件建立了這個(gè)模型，將高速列車(chē)－無(wú)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(gè)空間模型的激勵(lì)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(dòng)響應(yīng)。響應(yīng)主要為加速度響應(yīng)。得出主要結(jié)論為：振動(dòng)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(méi)多大變化。因此高速列車(chē)通過(guò)橋上引起的振動(dòng)對(duì)于敏感地帶和敏感建筑物來(lái)說(shuō)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(guó)某條高速鐵路的測(cè)試工作，得到了相關(guān)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(gè)原