【摘要】：近年來(lái),隨著城市軌道交通系統(tǒng)日趨完善,越來(lái)越多的城市開(kāi)展了地下軌道交通的修建工作。地下軌道交通的運(yùn)行極大方便了城市居民的日常出行,但是隨之而來(lái)的就是地鐵運(yùn)行引起的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題,尤為突出的主要問(wèn)題則是振動(dòng)問(wèn)題。這不僅使周圍的建筑物壽命受到影響,而且還會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)部的居民生活以及儀器的使用等造成不便。針對(duì)該問(wèn)題,考慮引入浮置板減振軌道等對(duì)振動(dòng)進(jìn)行隔離。盡管浮置板減振軌道對(duì)高頻部分的振動(dòng)衰減效果十分明顯,但對(duì)低頻部分的隔振仍然存在著減振效果與運(yùn)行穩(wěn)定性之間的矛盾。因此在不影響其原有浮置板軌道承載能力的前提下,構(gòu)造出具有低頻隔振效果的非線性隔振系統(tǒng)對(duì)解決地下軌道交通產(chǎn)生的振動(dòng)帶來(lái)的一系列問(wèn)題意義非凡。本文主要內(nèi)容與成果概括如下:分析了簡(jiǎn)化后的普通鋼彈簧浮置板減振軌道的受力機(jī)理。根據(jù)幾何非線性動(dòng)力學(xué)理論,將簡(jiǎn)化后含有阻尼的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)改造為非線性隔振系統(tǒng)。分析了該非線性系統(tǒng)的靜力學(xué)特性,通過(guò)調(diào)節(jié)幾何參數(shù)可以使系統(tǒng)表現(xiàn)出不同的剛度特性,以解決軌道減振中低頻部分的隔振問(wèn)題。利用列車-鋼軌仿真模型,結(jié)合空載、定員載荷、超員載荷三種不同載員工況,提取了地鐵列車經(jīng)過(guò)時(shí)浮置板減振軌道的外激勵(lì)、浮置板位移響應(yīng)以及傳遞到地基的力響應(yīng)數(shù)據(jù)。并且為減小浮置板自身柔性等帶來(lái)的影響,對(duì)仿真得到的激勵(lì)譜和響應(yīng)譜進(jìn)行平均加權(quán)處理使其更加接近真實(shí)值。利用四階Runge-Kutta法結(jié)合三種不同工況對(duì)新型非線性隔振器的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析,根據(jù)其工程實(shí)際施工需求以及地鐵運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)位移要求等,在滿足需求其空間限制條件的情況下,以非線性隔振系統(tǒng)的響應(yīng)為目標(biāo)計(jì)算篩選參數(shù)配置方案,并對(duì)每種參數(shù)配置方案的敏感性加以分析以確保在工程上可以實(shí)現(xiàn)。分析了非線性系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性,引入帶有常數(shù)激勵(lì)項(xiàng)的周期外激勵(lì)形式,利用諧波平衡法對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行求解,分析得到了非線性系統(tǒng)的幅頻關(guān)系、相頻關(guān)系以及系統(tǒng)的力傳遞率公式。根據(jù)系統(tǒng)在周期激勵(lì)作用下的解析結(jié)果驗(yàn)證了扣件力激勵(lì)下的數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用仿真軟件對(duì)簡(jiǎn)化后的單自由度隔振進(jìn)行建模分析,引入摩擦、接觸剛度、阻尼力以及水平彈簧剛度等誤差進(jìn)行分析,將通過(guò)仿真計(jì)算得到的非線性系統(tǒng)的響應(yīng)與數(shù)值計(jì)算得到的響應(yīng)值進(jìn)行對(duì)比,再次驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。并通過(guò)隧道模型來(lái)檢測(cè)隧道壁振級(jí),進(jìn)一步驗(yàn)證非線性隔振系統(tǒng)的低頻減振效果。
【圖文】：

(c)重慶地鐵交通網(wǎng)圖 1-1 我國(guó)主要城市城軌交通網(wǎng) 城市軌道交通產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題上圖我們可以看出我國(guó)幾個(gè)主要城市地鐵線路的密集程度，也反映的發(fā)展做出的巨大貢獻(xiàn)。不過(guò)由于列車運(yùn)行時(shí)輪軌接觸帶來(lái)的振動(dòng)題，從未消失在人們的視野中。地鐵運(yùn)行一方面產(chǎn)生空氣聲，在隧，甚至通過(guò)地鐵站出入口傳至地面，產(chǎn)生噪聲；另一方面，，對(duì)地鐵軌值的隨機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)，該激勵(lì)經(jīng)由軌道基礎(chǔ)、隧道、土壤介質(zhì)、地面?zhèn)�途徑傳播至地面以及建筑物中，引起振動(dòng)，甚而在建筑物內(nèi)激發(fā)起振動(dòng)發(fā)出聲音，產(chǎn)生二次振動(dòng)噪聲[1]，對(duì)環(huán)境造成較大影響。年來(lái)，預(yù)計(jì)開(kāi)展以及正在研發(fā)的一些工程項(xiàng)目中，軌道減振項(xiàng)目占了多。根據(jù)相關(guān)調(diào)查，減震軌道區(qū)段內(nèi)往往還存在各種類型的病害，普動(dòng)噪聲大、車輛振動(dòng)噪聲大、鋼軌異常磨耗、部件疲勞損壞等一系列因主要是由于采用了減震軌道后，降低了軌道和下部結(jié)構(gòu)的耦合程量不能很好的傳遞到外部環(huán)境，盡管起到了降低環(huán)境振動(dòng)的作用，但

(b) 浮置板橫斷面實(shí)際結(jié)構(gòu)圖(c) 浮置板橫斷面模型示意圖圖2-1 浮置板-軌道結(jié)構(gòu)布置示意圖由于單個(gè) 25m 長(zhǎng)浮置板由 40 個(gè)隔振器構(gòu)成，地鐵是以一定速度通過(guò)浮置板，通過(guò)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)均不同，并且由于浮置板較長(zhǎng)且具有不可忽略的柔性，導(dǎo)致每個(gè)測(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng) 響應(yīng)均有不同。所以考慮將浮置板隔振器系統(tǒng)簡(jiǎn)化為單自由度彈簧質(zhì)量結(jié)構(gòu)。以 70km/h 速度的列車通過(guò)時(shí)仿真結(jié)果為例，將所有測(cè)點(diǎn)結(jié)合車速進(jìn)行平均計(jì)算，得到一組最為接近實(shí)測(cè)值的時(shí)域譜作為理論計(jì)算的扣件力、隔振器支反力以及浮置板位移譜。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB535.1;U231

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本文編號(hào)：2596499