曲线隧道内地铁列车运行引起的地表振动传播规律研究

论文摘要

由于受城市区域地形、地物及不同地质等因素的约束,为了最大限度的满足城市既有布局对列车运行线路平面的布置要求以及客流的需求,实际在地铁的线路规划和设计中,曲线隧道应用广泛。而实测数据表明,列车在直线段、曲线段运行时引起的地表环境振动规律存在一定的差异,而目前国内外关于曲线隧道内列车运行引起的环境振动的研究相对较少。基于以上背景,本文利用列车-曲线轨道耦合解析模型及周期性曲线有限元-无限元耦合模型,对列车作用下曲线隧道的地表振动传播规律进行研究。论文的主要研究内容及结论如下:1.基于无限周期结构理论,将列车-曲线轨道耦合解析模型以及周期性曲线有限元-无限元耦合模型结合起来,提出了曲线隧道内列车运行引起的环境振动的预测模型。2.以北京地铁15号线一曲线隧道段现场实测的土层参数、隧道结构参数以及列车运行速度等为依据,利用本文提出的预测模型,对列车作用下曲线隧道的地表环境振动进行计算和分析,并与该曲线段地表振动实测数据进行对比分析,验证了本文提出的预测模型的准确性与可靠性。3.考虑曲线半径、列车速度以及土层物理力学参数等因素的影响,计算了曲线外侧地表点的振动响应,并对列车作用下曲线隧道环境振动的若干影响因素进行敏感性分析。研究发现:列车运行速度、土层参数对列车作用下曲线隧道地表环境振动影响较大,曲线半径影响相对较小。4.对地表点水平向和铅垂向振动加速度时程、1/3倍频程谱以及Z振级进行分析,研究了随距线路中心线的距离增大,不同影响因素条件下水平向与铅垂向振动的传播规律。结果表明:地表各拾振点的水平向与铅垂向加速度时域有效值（RMS）,20100Hz频段的1/3倍频程谱以及Z振级量值随着车速的增加均呈现增加的趋势,随着土层弹性模量（单一土层）的增大而呈现减小的趋势,而受曲线半径变化的影响相对较小。无论曲线隧道还是直线隧道,列车运行引起的地表铅垂向、水平向振动加速度响应在与线路中心线距离20m处附近均会产生振动放大现象。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 选题背景与研究意义
•   1.2 列车运行引起的环境振动研究
•     1.2.1 曲线轨道振动特性研究
•     1.2.2 列车作用下振动在地表点的传播规律研究
•     1.2.3 列车作用下曲线隧道环境振动研究
•   1.3 “北京交通大学轨道减振与控制实验室”研究进展
•   1.4 研究内容
• 2 曲线隧道地铁列车运行引起环境振动的预测模型
•   2.1 曲线隧道内地铁列车源强动荷载的确定
•     2.1.1 列车动荷载产生机理
•     2.1.2 无限周期结构理论
•     2.1.3 列车-曲线轨道耦合解析模型
•   2.2 周期性曲线有限元-无限元耦合模型
•     2.2.1 基本假定
•     2.2.2 阻尼条件
•     2.2.3 基本原理
•     2.2.4 程序处理思路
•     2.2.5 有限元模式
•     2.2.6 无限元模式
• 3 地铁曲线隧道地表振动测试及预测模型验证
•   3.1 地铁曲线隧道列车引起的地表振动测试
•     3.1.1 测试场地情况
•     3.1.2 现场测试仪器系统
•     3.1.3 测试方案
•     3.1.4 测试结果汇总与分析
•     3.1.5 时域内加速度传播规律分析
•     3.1.6 频域内加速度传播规律分析
•   3.2 预测模型验证
•     3.2.1 计算工况与预测模型参数
•     3.2.2 振源激励力
•     3.2.3 振动加速度时程对比分析
•     3.2.4 振动加速度1/3倍频程谱对比分析
•   3.3 小结
• 4 曲线隧道内地铁列车运行引起的地表振动传播规律研究
•   4.1 不同列车速度下地表点振动传播规律
•     4.1.1 计算工况与参数选取
•     4.1.2 振源激励力
•     4.1.3 地表振动响应分析
•     4.1.4 小结
•   4.2 不同曲线半径下地表点振动传播规律
•     4.2.1 计算工况与参数选取
•     4.2.2 振源激励力
•     4.2.3 地表振动响应分析
•     4.2.4 小结
•   4.3 单一土层条件下地表点振动传播规律
•     4.3.1 计算工况与参数选取
•     4.3.2 振源激励力
•     4.3.3 地表振动响应分析
•     4.3.4 小结
•   4.4 不同土层分层条件下地表点振动传播规律
•     4.4.1 计算工况与参数选取
•     4.4.2 振源激励力
•     4.4.3 地表振动响应分析
•     4.4.4 小结
•   4.5 综合性分析
•     4.5.1 计算工况与参数选取
•     4.5.2 振源激励力
•     4.5.3 地表振动响应分析
•     4.5.4 小结
• 5 结论
•   5.1 本文主要工作
•   5.2 本文主要研究结论
•   5.3 展望
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 作者简历及攻读硕士期间取得的研究成果
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李昌

导师: 孙晓静,刘卫丰

关键词: 地铁列车,曲线隧道,环境振动,列车曲线轨道解析模型,周期性有限元无限元模型,振动传播规律

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,铁路运输,公路与水路运输

单位: 北京交通大学

分类号: O32;U231;U451.3

总页数: 158

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