整体道床轨道系统振动分析及振动环境影响评价

摘要

随着城市地铁轨道交通的迅猛发展，地铁振动问题引起了越来越多的关注，地铁振动会对人们的生活、学习和工作产生一定的影响。但是，对地铁振动的认识还不是很全面，在地铁振动振源、地铁振动的传播规律及地铁振动的减振措施等方面还需要进一步的研究。
　　 本文结合青岛地铁科研课题和山东大学自主创新基金，通过理论分析、数值计算等手段，从机车—轨道结构的动态特性、轨下结构各参数对结构性能的影响、地铁振动激励荷载、振动的传播规律、地表环境振动的预测等方面进行了系统全面的研究。本文的主要研究内容有:
　　 (1).通过理论分析或有限元模拟计算，得到了机车系统和机车—轨道系统的模态信息。对机车—轨道结构进行分析，研究各参数对结构性能的影响，结果如下:在扣件刚度大于20kN/mm时，车体的平稳性与结构的力传递性能均能达到相对较高的水平;在单个轨枕质量为100kg时，车辆的平稳性较好，传到地基的力也较小;在垫片刚度为3kN/mm时，车辆的平稳性较好，能为乘客提供较好的舒适性，同时，传到地基的力也较小。
　　 (2).考虑线路和轨道的不平顺性，推导得出整体道床板轨道结构计算环境振动所使用的激励荷载。计算结果表明，在地铁列车运行速度为60km/h时，施加在整体道床板上的荷载幅值为42kN;在地铁列车运行速度为70km/h时，施加在整体道床板上的荷载幅值为45kN。
　　 (3).在满足计算精度的前提下，确定了模型尺寸和单元尺寸，使模拟计算得以在现有计算机性能下实现。根据工程数据，确定有限元模型水平范围为240m，竖向范围为60m;粘土层的单元尺寸为0.5m，岩石层的单元尺寸为2.0m。在有限元模型的边界处使用人工边界，使用弹簧阻尼单元模拟，并确定了人工边界参数的计算公式。
　　 (4).计算了海滨旅馆旧址和双山村两处的振动，结果表明:海滨旅馆旧址的结构最大振动速度为1.50mm/s，超过了国家规定允许的结构容许振动速度(0.15mm/s)，需要进行减振处理;双山村处的Z振级为76.2dB超过了环境振动标准值，需进行减振处理。研究了地表处水平速度响应与Z振级随水平距离的变化规律，结果表明，海滨旅馆旧址处Z振级在距隧道正上方10m处取得最大值(78dB)，在10m以外的范围内，Z振级随水平距离的增大而减小;双山村段Z振级最大值(76.2dB)出现在隧道正上方地表处，随水平距离的增大，Z振级呈现减小趋势。
　　 (5).提出了不同地层地质条件下地铁列车运行引起的环境振动的预测公式。以海滨旅馆段和双山村段为例，对列车运行引起的环境振动进行预测，并与有限元计算结果进行对比，结果表明，预测公式计算结果与有限元模拟计算结果较为吻合，在水平距离0-60m范围内，误差不超过1dB。

目录

声明

CONTENT

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 地铁振动荷载

1．2．2 地铁振动的传播规律

1．2．3 地铁振动的减振措施

1．3 课题的主要研究内容

第2章 机车-轨下结构动力学分析

2．1 动力学分析

2．2 机车动力学分析

2．2．1 机车的力学模型

2．2．2 理论分析

2．2．3 机车系统的有限元动力分析

2．3 机车-轨道动力学分析

2．3．1 机车-轨道系统模型及计算参数

2．3．2 机车-轨道系统模态分析

2．3．3 机车-轨道系统谐响应分析

2．3．4 机车-轨道系统结构参数的影响

2．4 本章小结

第3章 振动的传播规律研究

3．1 地铁激励荷载的研究

3．2 有限元模型的建立

3．2．1 计算假定

3．2．2 模型尺寸的确定

3．2．3 单元尺寸的确定

3．2．4 人工边界条件的确定

3．3 振动的评价标准

3．3．1 振动的参量

3．3．2 振级

3．3．3 振动标准及规范

3．4 整体道床CA砂层的有限元模拟

3．5 海滨旅馆地段振动传播规律计算

3．5．1 地层地质情况及地层物理模型

3．5．2 有限元模型的建立

3．5．3 计算结果分析

3．6 双山村地段振动传播规律计算

3．6．1 地层地质情况及地层物理模型

3．6．2 有限元模型的建立

3．6．3 计算结果分析

3．7 本章小结

第4章 振动预测公式

4．1 青岛地铁3号线

4．2 Z振级预测公式

4．3 Z振级预测值与有限元计算结果比较

4．3 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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