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轨道交通引起周围环境竖向振动的振源特性分析

作　者: 赵经伟
导　师: 凌贤长
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 车辆-轨道统一模型轨道不平顺数值模拟竖向振动
分类号: U211.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 73次
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内容摘要

列车运行时在车辆-轨道-道床-基础这一耦合系统中,由于存在轨道的不平顺,列车将产生竖向的颠簸,从而引起轨道、枕木、道床及基础的竖向振动。振动经土层转播后,使得轨道附近建筑物产生相应的振动和变形,产生较重的次生灾害。目前研究表明:在列车运行时,引起的轨道振动中,竖向振动起到决定作用。本文采用物理上与车辆相似的车辆-轨道统一模型作为数值模拟的基础,以轨道的不平顺为列车运行时轨道产生振动的原因,利用赫兹非线性弹性接触理论,将铁路车辆振动方程、轨道结构振动微分方程耦合在一起形成一个统一的耦合系统。通过Visual Fortran语言编制车辆-轨道-道床-路基这一耦合系统的竖向振动程序,通过输入轨道的不平顺样本、列车运行速度、计算步长等一系列控制参数对列车运行时引起的轮轨作用力、轨道、枕木、道床产生的位移、速度、加速度进行数值模拟。数值计算结果表明:随着列车运行速度的提升,轮轨间竖向作用力相应的增大,轨道及枕木的竖向振动加速度也随之增加。作为对数值模拟结论的对比验证,本文采用安达段实测列车运行时引起轨道及枕木的竖向振动加速度进行比较分析。对比结果表明:数值计算结果与实测结果处在同一数量级内,模拟结果略小于实测结果,且加速度激增区数值计算时间与实测加速度激增的对应时间较符合。轨道、枕木的振动加速度与列车运行时的速度成正比关系,随着列车的运行速度增加其振动加速度幅值而相应增加。这一变化规律与目前的研究结果基本符合。这为进一步研究振动在土层中的传播分析提供了数值计算依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-12
  1.1 研究背景与课题来源  7-8
  1.2 研究现状  8-10
  1.3 研究内容  10-12
第2章数值模拟建模途径及程序简介  12-26
  2.1 模型的选取  12-13
  2.2 车辆－轨道统一模型  13-21
    2.2.1 车体竖向振动的微分方程  15-17
    2.2.2 轨道结构的振动微分方程  17-21
    2.2.3 车辆－轨道竖向耦合关系  21
  2.3 数值计算方法的选取  21-24
    2.3.1 几种数值分析方法的对比  21-22
    2.3.2 Wilson-θ法简介  22-24
  2.4 车辆-轨道竖向振动程序流程图  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章现场监测实验  26-44
  3.1 现场实测的目的  26
  3.2 实测现场的情况  26-27
  3.3 实验用数据采集仪器简介  27
    3.3.1 测量仪器  27
    3.3.2 数据采集仪器  27
  3.4 实验测点的布置情况  27-28
  3.5 测试方法  28-29
  3.6 实测数据的整理分析  29-42
    3.6.1 现场监测各测点的竖向振动加速度时程曲线及频率谱  29-41
    3.6.2 现场监测数据的分析结论  41-42
  3.7 本章小结  42-44
第4章数值模拟方法研究振源特性  44-61
  4.1 现场实测数据与数值模拟结果的对比分析  44-49
    4.1.1 实测数据的选取  44
    4.1.2 计算时间段内实测振动响应与全时程曲线的对比  44-49
  4.2 数值建模途径的验证  49-59
    4.2.1 计算参数的取值  49-50
    4.2.2 计算时间段内实测数据与数值模拟数据的对比  50-52
    4.2.3 基于数值模拟得到的响应数据  52-59
  4.3 本章小结  59-61
结论与展望  61-64
参考文献  64-69
致谢  69

轨道交通引起周围环境竖向振动的振源特性分析

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