地铁列车荷载数定分析及振动传播规律研究

摘要

地铁作为一种大容量的快捷的城市交通方式,能够有效的减轻大城市的交通压力。随着我国地铁的快速发展,地铁运行诱发的振动对环境的影响日益突出,对沿线周围建筑物居住环境产生的振动影响不容忽视。开展地铁振动对周围动力响应的研究已显得十分必要。 地铁列车荷载模拟是列车诱发环境振动分析中的首要步骤,同时列车荷载模拟的合理性也直接影响着动力分析的结果。本文以广州地铁一号线长寿路站-黄沙站段地铁为研究对象,根据地铁轨底竖向实测加速度值,建立列车二系简化模型,数定分析出地铁列车荷载,分析指出以往荷载数定计算分析中的不足及导致的荷载误差值,并予以改进。同时引进逆傅里叶变换算法,得到荷载竖向振动时程,既保证了相同的精度,又提高了列车荷载模拟效率,为下一步的动力分析提供更为合理的动力荷载。 结合广州地区地质情况,用有限差分软件FLAC建立二维数值分析模型,并以以上所得荷载作为动力源输入,进行土-结构整体动力分析。分析了地铁列车运营诱发振动的传播规律,得出了一些结论： (1)由于几何阻尼和土体的材料阻尼作用,随距离隧道中心线的距离的增加,地面各点竖直方向的加速度整体呈减小趋势。 (2)在列车竖向激励下,地面竖向加速度振动在传播过程中存在一个放大区,放大区的位置与地层条件和隧道埋深相关,本次算例中,在距离隧道中心线36m处存在加速度放大区。 (3)地面的竖向加速度振动的频率以低于75Hz为主,其中以0-10HZ和55-75HZ两个频段的频率为卓越频率,频率幅值整体上随着与隧道中心线的距离的增大而减小,其中高频衰减速度明显高于低频衰减速度,近轨道区域地面振动中的高频信号较强,传播至远隧道区域则以低频振动为主。 (4)隧道中心线处的竖向振动由深到浅变化幅度较大,离隧道中心线稍远则变化放缓,随着与隧道中心线的距离的增加,同一深度的测点的竖向加速度最大值与加速度振级有着明显的衰减。加速度最大值与竖向振级在地表面处有明显的放大作用。 这些成果可以为降轨道交通振动污染及新建线路的规划、设计提供相应理论依据。

目录

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第一章绪论

1.1学术背景

1.2列车-轨道系统动力相互作用及列车荷载研究

1.2.1列车-轨道动力系统研究

1.2.2列车荷载模拟

1.3列车诱发环境振动研究

1.4列车诱发环境振动的减、隔振研究

1.4.1振源减振措施

1.4.2振动传播途径控制

1.4.3建筑物的减、隔振研究

1.5本文的主要研究内容

1.6本文研究工作的流程图

第二章动力响应分析方法

2.1引言

2.2动力响应的计算方法

2.2.1运动方程的建立

2.2.2动力响应的时域分析方法

2.2.3动力响应的频域分析方法

2.2.4振型叠加法

2.3本章小结

第三章地铁列车振动荷载模拟

3.1概述

3.2地铁列车振动荷载产生机理

3.2.1车轮因素产生列车振动荷载的机理

3.2.2轨道不平顺产生列车振动荷载的机理

3.3地铁列车振动荷载模拟

3.3.1现场测试

3.3.2轨道振动加速度的数定表达式

3.3.3车辆模型的简化

3.3.4地铁列车振动荷载的模拟

3.4采用三角级数法模拟存在的不足及修正

3.4.1采用三角级数法模拟振动加速度的误差

3.4.2三角级数法模拟竖向荷载的误差

3.4.3引入逆傅里叶变换算法

3.5本章小结

第四章 地铁列车诱发振动的数值模拟

4.1 FLAC程序基本原理

4.2FLAC程序的主要优点

4.3 FLAC动力计算简介

4.3.1动载的输入

4.3.2人工阻尼边界

4.3.3动力阻尼

4.4列车诱发振动的数值模拟

4.4.1有限差分计算模型

4.4.2阻尼的确定

4.4.3计算方案设计

4.5本章小结

第五章列车诱发振动的数值计算结果分析

5.1引言

5.2静力计算结果分析

5.2.1第一阶段计算结果及分析

5.2.2第二阶段计算结果

5.3动力计算结果分析

5.3.1竖直方向振动加速度沿地面的变化

5.3.2竖直方向振动加速度的频域分析

5.3.3竖向振动加速度在土体介质内的变化

5.3.4水平方向振动加速度沿地面的变化

5.3.5竖向位移沿地面的变化

5.4本章小结

结论与展望

1本文的主要结论

2本文的不足和建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢