车辆—轨道—桥梁系统的空间耦合振动及其环境振动

摘要

随着城市建设的迅速发展，城市高架轨道交通不断涌现。城市高架轨道交通引起的结构振动以及环境振动问题日益突出，受到学术界和工程界的高度重视。本文系统地研究城市高架轨道交通引起的结构振动的发生机理、在土中的传播特性及其引起邻近建筑物的环境振动效应，对保障城市高架轨道交通的安全运营以及减轻其环境振动影响，具有重要的理论意义和工程价值。主要研究工作和创新成果如下： (1)车辆一轨道一桥梁系统垂向耦合振动分析。建立了车辆一无碴轨道一桥梁系统的垂向随机振动模型，其中车辆采用10自由度模型；钢轨视为无限长欧拉梁，以钢轨下每个混凝土支承块为基元，建立了轨道的单质量(支承块)两层(钢轨一支承块一结构)弹簧的阻尼振动模型；桥梁采用二维梁单元建模；由赫兹非线性弹性接触理论确定轮轨之间垂向作用力。通过车辆、轨道和桥梁之间相互作用力的耦合，建立了车辆一轨道一桥梁系统垂向耦合振动的运动方程。通过Newmark-β数值积分方法求解，得到车辆、轨道和桥梁的垂向随机振动响应。 (2)车辆-轨道-桥梁系统的空间耦合振动分析。建立了车辆-无碴轨道-桥梁系统的空间随机振动模型，其中车辆采用35自由度模型；左右钢轨视为两根欧拉梁，对左右轨下支承块分别建模，弹性扣件、轨下垫层、块下垫层和橡胶套靴都采用弹簧和阻尼单元进行模拟；桥梁视为空间梁单元；考虑轮轨空间接触几何模型以及轮轨法向力和蠕滑力模型。通过车辆、轨道和桥梁之间相互作用力的耦合，建立了车辆-轨道-桥梁系统空间耦合振动的运动方程，并通过新型显示积分方法进行求解，得到车辆、轨道和桥梁的空间随机振动响应。通过对比相同轨道高低不平顺激励下垂向随机振动模型和空间随机振动模型的垂向振动响应计算结果，分析了两种模型的优缺点；还研究了不同的轨道不平顺激励对车辆-轨道-桥梁系统空间耦合振动的影响。 (3)车辆-轨道-桥梁系统空间耦合振动引起的环境振动分析。建立了土体-建筑物的三维有限元模型，其中土体采用空间八节点等参元建模，土体的弹塑性本构关系选用摩尔库仑屈服准则，土体边界采用粘弹性边界；建筑物采用空间梁单元模型。将车辆一轨道一桥梁系统耦合振动产生的桥墩墩底反力作为土体一建筑物三维有限元模型的外部激励，通过数值分析得到环境振动在土体中的传播规律以及对周边建筑物的振动影响。还研究了在桥墩和建筑物之间加设隔振沟的隔振效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2车辆-轨道耦合振动系统研究现状

1.3车桥耦合振动系统研究现状

1.4车辆-轨道-桥梁耦合振动分析

1.5数值分析方法

1.6城市轨道交通引起的环境振动

1.7城市轨道交通引起的环境振动的减隔振措施

1.8本文主要研究工作

第二章车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动响应分析

2.1车辆模型

2.2轨道模型

2.3轨道不平顺

2.4车辆-轨道垂向耦合关系

2.5桥梁模型

2.6车辆-轨道-桥梁系统垂向随机振动运动方程

2.7运动方程的数值积分方法求解

2.8分析程序设计

第三章车辆-轨道-桥梁空间耦合振动响应分析

3.1车辆模型

3.2轨道模型

3.3轮轨空间动态耦合模型

3.4桥梁模型

3.5车辆-轨道-桥梁系统空间随机振动运动方程

3.6运动方程的数值积分方法求解

3.7分析程序设计

第四章车辆-轨道-桥梁耦合振动的工程仿真分析

4.1计算模型

4.2垂向耦合振动模型的数值分析

4.3空间耦合振动模型的数值分析

4.4小结

第五章车辆-轨道-桥梁耦合振动引起的环境振动及隔振研究

5.1荷载模拟

5.2土体模型

5.3有限元法的边界处理

5.4土体-建筑物运动平衡方程

5.5土体-建筑物的动力作用数值分析

5.6隔振研究

5.7小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致 谢