地铁列车振动环境响应低频特征的分析与研究

摘要

近年来，地铁运营引起的环境振动问题越来越受到人们的关注，尤其是低频(<20Hz)振动对高精密仪器、设备等的影响。地铁列车引发的潜在环境低频振动的传播有何特征，有待于研究。如何采取合理的减振措施，将低频振动的影响减到最小，是亟需解决的问题。
　　 本文主要研究在钢弹簧浮置板轨道和普通轨道型式下，低频振动的传播特征以及关键参数对环境响应低频特征的影响。采用实验室试验、理论和数值相结合的方法，从“轨道-隧道-地层”系统整体考虑，建立了针对低频振动的分析模型，推导了地表低频振动的分析公式，并对影响地表低频振动的一些关键参数进行了评价。
　　 1、利用北京交通大学轨道减振与振动控制实验室开展钢弹簧浮置板轨道和普通轨道低频振动测试，来研究：(a)低频振动在隧道内的传播衰减规律；(b)低频振动在地表中的传播衰减规律；(c)低频振动在邻近建筑内的传播衰减规律；(d)钢弹簧浮置板轨道的弹簧刚度和支承间距等关键技术参数变化对低频振动的影响；(e)比较普通轨道和钢弹簧浮置板轨道的低频减振效果。
　　 2、采用模态分析的方法，对试验中的钢弹簧浮置板轨道和普通轨道进行了全面的动力特性研究；基于正交试验的理论，对浮置板轨道进行了详细的参数研究，分析了浮置板轨道的道床板长度和厚度、弹簧刚度、支承间距、扣件刚度等参数是如何影响浮置板轨道的动力特性；分析比较了不同轨道体系的传导比。
　　 3、基于试验数据，利用有限元法，分别建立了“浮置板轨道-隧道-地层”和“普通轨道-隧道-地层”耦合系统的三维数值分析模型，拓展研究一般情况下地表的低频振动量、插入损失以及传递函数。
　　 4、利用实测数据和数值模拟结果，采用回归分析的方法，研究了浮置板轨道和普通轨道下地表低频振动受激振频率(1～20Hz)、距轨道水平距离(0～100m)和隧道埋深(10～30m)等的影响，推导出地表低频振动量分析公式。
　　 5、基于公式预测的地表低频响应量，将其最大值分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级响应带，并讨论了响应带分布与隧道埋深、距轨道水平距离和轨道基频等关键参数的关系。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 引言

1.2 地铁列车引起的振动问题研究现状

1.2.1 振动激励的研究

1.2.2 振动传播的研究

1.2.3 减振措施的研究

1.3 本文的研究内容

2 低频振动特征试验研究

2.1 引言

22 试验设计

2.2.1 试验场地

2.2.2 轨道模型设计

2.2.3 激振设备

2.2.4 数据采集设备

2.3 试验方案

2.3.1 试验工况

2.3.2 测点布置

2.3.3 测试流程

2.4 试验数据分析

2.4.1 时程与频谱

2.4.2 加速度级

2.4.3 插入损失

2.4.4 传递函数

2.5 本章小结

3 轨道参数研究

3.1 引言

3.2 模态分析

3.2.1 试验浮置板轨道模态分析

3.2.2 试验普通轨道模态分析

3.2.3 浮置板轨道参数研究

3.3 传导比分析

3.4 本章小结

4 低频振动数值分析

4.1 引言

4.2 有限元法

4.2.1 系统控制方程及求解

4.2.2 模型范围与单元尺寸

4.2.3 边界处理

4.2.4 阻尼特性

4.3“浮置板轨道-隧道-地层”三维数值模拟

4.3.1 模型范围与单元尺寸

4.3.2 边界参数

4.3.3 模态分析

4.3.4 阻尼比函数

4.3.5 荷载及求解

4.3.6 模型验证

4.4“普通轨道-隧道-地层”三维数值模拟

4.4.1 模型概述

4.4.2 模型验证

4.5 实验室轨道下的地表低频振动拓展分析

4.5.1 地表低频振动量

4.5.2 地表低频振动插入损失

4.5.3 地表低频振动传递函数

4.6 地表低频振动量分析公式

4.6.1 数学模型

4.6.2 参数估计

4.6.3 分析公式检验

4.6.4 预测

4.7 本章小结

5 低频振动关键参数影响评价

5.1 引言

5.2关键参数影响评价

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 创新性工作

6.2 结论

6.3 创新点

6.4 展望

参考文献

附录 A

作者简历

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