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高架轨道交通轨道结构减振降噪性能研究

作　者: 田苗盛
导　师: 耿传智
学　校: 同济大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 弹性扣件浮置板轨道高架桥梁振动噪声轮轨耦合 ANSYS 自振特性有限元动力响应
分类号: U213.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

我国城市轨道交通进入建设高潮阶段,城市轨道交通在带来极大的便利的同时,也不可避免的产生了振动和噪声问题。近几年来,城市轨道交通的振动噪声问题引起了人们越来越多的关注。本文研究了高架轨道交通中的多种减振降噪型轨道在不同桥梁上的减振效果,重点研究了弹性扣件轨道和浮置板轨道结构,采用现场测试、理论分析与有限元数值分析等多种手段相结合的研究方法对轨道的动力特性、轨道减振性能、桥梁体系动力响应以及对环境振动影响进行了系统研究。本文主要研究车辆—轨道—桥梁系统的垂向振动,以车辆动力学、轨道动力学、桥梁动力学、模态分析理论、轨道—桥梁动力有限元方法为基础,以轮轨关系和线桥关系为联系纽带,将车线桥作为一个整体的系统来研究。木文主要研究了不同轨道结构在不同桥梁形式以及在桥梁不同支承情况下的动力特性、减振降噪性能、桥梁的动力响应以及振动对环境的影响。本文采用了四轴地铁车辆动力分析模型,将钢轨模拟成离散弹性点支承基础上的无限长Euler梁,轨道板视为弹性地基上的等厚度矩形薄板,轨枕以及离散后的道床视为刚性质量块。同时,本文还根据离散系统动力问题的Hamilton变分原理,建立了轨道—桥梁结构的动力方程,并给出了系统方程在简支情况下的解。通过分析轨道结构与桥梁结构的自振特性,从而研究桥梁、轨道以及整个系统自振特性的相互影响因素;通过有限元分析软件ANSYS,建立轨道—桥梁系统的动力耦合三维有限元空间模型,分析了不同参数的轨道结构在不同桥梁结构上的动力响应,计算得到桥梁的振动加速度。另外还讨论了降低轨道交通噪声的方法,并通过现场测试,得到了系统在不同轨道结构形式下的减振降噪效果。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
第1章绪论  13-27
  1.1 研究的目的和意义  13-15
  1.2 高架轨道交通减振降噪技术  15-25
    1.2.1 无碴轨道结构的减振措施  15-20
    1.2.2 高架轨道降噪措施  20-25
  1.3 课题来源  25
  1.4 本文的主要研究内容  25-27
第2章高架轨道交通系统的理论分析  27-38
  2.1 引言  27
  2.2 桥梁在刚性支撑下的动力响应  27-32
    2.2.1 建立计算模型  27-28
    2.2.2 方程推导  28-29
    2.2.3 计算结果  29-32
  2.3 桥梁在弹性支撑下的动力响应  32-38
    2.3.1 建立计算模型  32-33
    2.3.2 方程推导  33-38
第3章高架轨道—桥梁系统的自振特性分析  38-65
  3.1 引言  38
  3.2 模态分析原理与方法  38-39
  3.3 轨道—桥梁系统的模态分析过程  39-42
    3.3.1 模态分析的有限元模型及网格划分  39-41
    3.3.2 高架浮置板轨道模态分析参数  41-42
    3.3.3 模态的扩展  42
  3.4 桥梁结构的自振特性分析  42-49
    3.4.1 桥梁结构的动力学方程  42-43
    3.4.2 桥梁结构有限元分析的基本单元  43-47
    3.4.3 桥梁振动的特征值计算  47-49
    3.4.4 计算结果  49
  3.5 模态计算结果与分析  49-59
    3.5.1 浮置板轨道结构在小型箱梁上的模态分析  49-52
    3.5.2 浮置板轨道结构—大型箱梁的模态分析  52-55
    3.5.3 普通弹性扣件轨道—小型箱梁系统的模态分析  55-57
    3.5.4 普通弹性扣件轨道—大型箱梁系统的模态分析  57-59
  3.6 高架轨道结构与桥梁自振特性分析  59-65
    3.6.1 浮置板轨道结构与桥梁的自振特性分析  59-64
    3.6.2 普通弹性扣件轨道结构与桥梁的自振特性分析  64-65
第4章高架轨道交通动力响应分析  65-101
  4.1 引言  65
  4.2 轮轨动力分析  65-72
    4.2.1 弹性扣件轨道的动力分析  65-68
    4.2.2 浮置板轨道的动力分析  68-72
  4.3 桥梁结构的动力学方程  72-74
    4.3.1 动力问题的Hamilton原理  72-73
    4.3.2 桥梁结构阻尼矩阵  73-74
  4.4 浮置板轨道结构的动力响应分析  74-77
    4.4.1 列车—轨道—桥梁体系振动分析模型  74
    4.4.2 轨道—桥梁系统分析模型的建立  74-76
    4.4.3 瞬态动力学分析  76-77
  4.5 轨道—桥梁系统振动响应分析  77-99
    4.5.1 浮置板轨道—桥梁体系振动响应计算  77-87
    4.5.2 弹性扣件轨道—桥梁体系的振动分析  87-99
  4.6 不同轨道结构的减振分析  99
  4.7 小结  99-101
第5章高架轨道交通振动的现场测试  101-109
  5.1 高架轨道交通的现场测试  101
    5.1.1 轨道交通振动的评价指标  101
  5.2 现场测试目的及设备  101-102
  5.3 测试内容  102
  5.4 测试结果  102-107
    5.4.1 弹性扣件轨道  102-104
    5.4.2 高架浮置板地段  104-107
  5.5 结果比较  107-109
第6章结论与展望  109-111
  6.1 主要工作与结论  109-110
  6.2 未来工作与展望  110-111
参考文献  111-116
个人简历在读期间发表的学术论文  116

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