轨道交通引起的低频振动在粘弹性介质的传播规律

摘要

随着轨道交通事业的迅猛发展，地铁和轻轨网络的逐步扩大，其线路越来越多地覆盖城市大部分主要车行干道以及商业繁华地段，列车通过时引起周围环境振动的情况越来越严重，因此对轨道交通引起环境的振动问题的研究也越来越被广泛关注。
　　 本文简要介绍了轨道交通引起环境的振动的研究背景，研究目的和意义，总结了国内外研究现状，系统阐述了轨道交通引起环境振动的研究成果及目前的研究形势。目前在轨道交通引起的环境振动主要侧重于地面线与隧道线的研究，但是，伴随着现代轨道交通在城市中的发展，高架轨道交通等类型的交通类型在城市轨道交通中所占的比重越来越大，该种类型的轨道交通类型带来的环境问题也逐渐开始引起人们的重视。在移动荷载作用下，目前针对低置轨道交通的动力反应的研究非常少。所以本文通过建立多层土模型，给出了两种结构在列车正常运行最大速度引起两种结构的衰减规律和环境振级评价。其分析结果可以为城市轨道交通桥梁的工程减隔振设计和使用提供理论依据。主要研究内容及成果如下:
　　 (1)高架结构车—桥—土层的二维模型与三维模型和采用人工粘弹性边界的大尺寸模型和小尺寸模型相比，二维模型中轨道交通引起高架结构振动偏大，采用不同尺寸的模型对结构计算的结果影响不大，采用小尺寸模型能够节省计算时间，提高计算效率。
　　 (2)建立了七种工况下高架结构在轨道交通车辆通过时引起结构的动力反应，给出了轨道交通车辆引起环境振动的传播规律。对跨中处、墩底处、距离桥墩23m处轨道交通引起的竖向加速度进行了衰减规律分析，得到振动衰减是非常大的。最后还利用《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量方法标准》(JGJ/T170-2009)对轨道交通引起环境振动进行评价，在10m外是符合要求的。
　　 (3)由于低置结构在城市轨道交通中的应用逐渐加大，本文对上海地铁二线机场延长段的低置结构进行了有限元分析。根据该区段的地质勘探资料建立低置结构的多层土模型，通过分析七种工况下低置结构的动力反应，给出了低置结构不同位置结构的竖向加速度的衰减情况是不同的。
　　 (4)介绍了高架结构与低置结构类型在结构上的异同，分别从两种结构在七种荷载工况下结构的不同位置在位移、加速度进行对比，对两种结构加速度振动的传播规律进行了对比，还对两种结构在列车最大运行速度下引起周围的环境振动的振级进行了评价，得出两种结构动力反应是接近的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 轨道交通的发展现状和对环境的影响

1．2 国内外研究现状

1．3 减震与隔振方面的研究

1．4 本文的主要内容和研究方法

第二章 轨道交通引起的环境振动理论

2．1 轨道交通列车振动荷载产生的机理

2．2 移动荷载在梁体上运行时振动的响应

2．2．1 桥梁结构的振动方程

2．2．2 结构动力方程

2．3 土体中振动传播的机理

2．3．1 弹性动力学方程

2．3．2 有限元法求解的方程

2．4 模型网格划分

2．5 边界条件

2．5．1 透射人工边界

2．5．2 粘弹性人工边界

2．6 本章小结

第三章 高架结构下列车引起振动衰减规律

3．1 引言

3．2 工程概况

3．2．1 场地地基土的构成与特征

3．2．2 地基土分析评价

3．3 模型的建立

3．3．1 车辆荷载模型

3．3．2 荷载的选取

3．3．3 模型尺寸的选取

3．3．4 高架桥梁周围环境材料以及模型的选取

3．4 场地大小对计算结果的影响

3．5 二维模型与三维模型的对比

3．6 结果分析

3．6．1 高架结构列车在不同速度下位移的分析

3．6．2 高架结构列车在不同速度下加速度的分析

3．6．3 高架结构下距离桥墩不同距离的加速度时程曲线

3．6．4 地表离桥墩不同距离竖向加速度最大值衰减规律

3．7 高架结构下列车在正常行驶条件下的振级分析

3．7．1 振动评价准则

3．7．2 地表振动强度评价

3．8 本章小结

第四章 低置结构下列车引起振动衰减规律

4．1 引言

4．2 低置结构在上海地铁二号线应用

4．3 低置结构模型有限元模型的建立

4．4 结果分析

4．4．1 墩底处地表位移随速度变化的规律

4．4．2 低置结构加速度变化的规律

4．4．3 距离桥墩不同距离最大加速度的变化

4．4．4 高架结构与低置结构下轨道交通引起的振动传播规律的对比

4．5 低置结构中列车引起环境振动振级分析

4．6 本章小结

第五章 结论

5．1 本文的主要成果

5．2 进一步研究工作的展望

参考文献

作者简介

致谢