發(fā)布時(shí)間：2016-03-20 20:19

1緒論

1.1研究背景及意義
目前，在中國(guó)各個(gè)地區(qū)，大量的人口向城市集中，城市化步伐加快，許多城市，尤其是大城市均出現(xiàn)了嚴(yán)重的交通擁堵現(xiàn)象。例如，在行人出行高峰時(shí)，北京市主干道平均車(chē)速只有l(wèi)Okm/h左右，且市區(qū)內(nèi)大部分路口都會(huì)發(fā)生交通堵塞，各種車(chē)輛混行在道路上，交通秩序混亂，交通事故頻發(fā)。在此背景下，城布軌道交通因其運(yùn)量大、速度快、正點(diǎn)、能耗低、污染少、乘坐舒適方便等優(yōu)點(diǎn)，成為解決大城市公共交通運(yùn)輸問(wèn)題的根本途徑，在各大城市得到了快速發(fā)展——目前，全國(guó)己有近30個(gè)城市正在建設(shè)和籌建自己的軌道交通網(wǎng)。以北京為例，在2005年，開(kāi)通的地鐵線(xiàn)路只有1號(hào)線(xiàn)、2號(hào)線(xiàn)、13號(hào)線(xiàn)和八通線(xiàn)，運(yùn)營(yíng)總里程為114公里，然而經(jīng)過(guò)8年至2013年底，新增了4號(hào)線(xiàn)、5號(hào)線(xiàn)、6號(hào)線(xiàn)、8號(hào)線(xiàn)、9號(hào)線(xiàn)、10號(hào)線(xiàn)、14號(hào)線(xiàn)西段、15號(hào)線(xiàn)、機(jī)場(chǎng)線(xiàn)、亦莊線(xiàn)、大興線(xiàn)、昌平線(xiàn)和房山線(xiàn)等運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路，使得地鐵運(yùn)營(yíng)總里程達(dá)465公里，如圖1.1所示。其中，北京地鐵4、5、10號(hào)等線(xiàn)路一經(jīng)投入使用，就承擔(dān)了巨大的運(yùn)量，可見(jiàn)市民對(duì)軌道交通的依賴(lài)性。為此，北京還將建設(shè)一大批新線(xiàn)：根據(jù)規(guī)劃，截至2015年，北京地鐵總里程將達(dá)到666公里，形成“三環(huán)、四橫、五縱、七放射”的軌道交通網(wǎng)；而截至2050年，北京軌道交通線(xiàn)網(wǎng)總里程將達(dá)到1053公里。
在國(guó)外，很早之前就出現(xiàn)了由于列車(chē)的振動(dòng)和噪聲對(duì)沿線(xiàn)建筑物和居民正常生活造成影響的投訴案例如在捷克、比利時(shí)安特衛(wèi)普[8，9]、美國(guó)紐約等地鐵附近一些古建筑物均受到了列車(chē)振動(dòng)的影響。在國(guó)內(nèi)，隨著城市軌道交通建設(shè)的迅速發(fā)展，地鐵引起的環(huán)境振動(dòng)也成為》兵待解決的課題，以北京為例，北京地鐵4號(hào)線(xiàn)和北M地鐵5號(hào)線(xiàn)分別穿越北大理科試驗(yàn)基地和北京協(xié)和醫(yī)院，對(duì)建筑物中精密儀器及醫(yī)療儀器的使用產(chǎn)生了影響；北京地鐵2號(hào)環(huán)線(xiàn)列車(chē)振動(dòng)和噪聲影響了內(nèi)直門(mén)附近居民的正常生活，并使家具移位；在北京地鐵5號(hào)線(xiàn)一拽未采取減振措施的地段，臨近民房由于受到地鐵列車(chē)的振動(dòng)影響而出現(xiàn)既有裂縫惡化、門(mén)窗玻璃振裂、屋頂天花板脫落等現(xiàn)象建設(shè)中的北京站至北京西站地下直徑線(xiàn)對(duì)臨近地鐵結(jié)構(gòu)（2號(hào)線(xiàn)、4號(hào)線(xiàn)、5號(hào)線(xiàn)）及周邊古建（北京明城墻遺址、京奉鐵路iH陽(yáng)門(mén)老車(chē)站舊址、正陽(yáng)門(mén)城樓和箭樓）可能會(huì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而需要提前做出環(huán)境影響分析及預(yù)測(cè)而北京地鐵6號(hào)線(xiàn)、8號(hào)線(xiàn)列車(chē)振動(dòng)對(duì)附近的古建筑產(chǎn)生的不利影響同樣需要做出評(píng)估[18]。

由以上研究背景可以看出，地鐵運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)已成為全社會(huì)廣泛關(guān)注的問(wèn)題。而對(duì)其進(jìn)行分析及預(yù)測(cè)，更是城市軌道交通路網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)中可回避的問(wèn)題，特別是在一些對(duì)環(huán)境振動(dòng)極為敏感的區(qū)段，如地表存在重要古建筑或存有精密儀器等的地段，需要在一條新線(xiàn)建設(shè)之初就對(duì)其日后運(yùn)營(yíng)期間的環(huán)境振動(dòng)影響做出分析及預(yù)測(cè)。只有進(jìn)行了 明確的分析及預(yù)測(cè)，才能更好地設(shè)計(jì)減振措施，最大程度地減少列車(chē)運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)。因此，如何分折及預(yù)測(cè)列車(chē)運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)，足一個(gè)非常有現(xiàn)實(shí)意義的課題。

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

地鐵列車(chē)運(yùn)行引起的振動(dòng)主要是由列車(chē)與軌道之間輪軌相互作用產(chǎn)生的，振動(dòng)經(jīng)由軌道基礎(chǔ)、隨道、土壤介質(zhì)和建筑基礎(chǔ)傳播至地面和地面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步誘發(fā)建筑物的二次振動(dòng)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，見(jiàn)圖1.2。通常情況下，地鐵列車(chē)運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)及其分析預(yù)測(cè)模型涉及兩個(gè)子系統(tǒng)一是車(chē)軌激勵(lì)系統(tǒng)，即車(chē)輛-軌道動(dòng)力相互作用系統(tǒng)，二是軌下基礎(chǔ)-隧道-地層-建筑物或路基-地層-建筑物的動(dòng)力相互作用系統(tǒng)，如圖1.3所示。當(dāng)然，如果只考慮自由場(chǎng)的環(huán)境振動(dòng)時(shí)，第二個(gè)子系統(tǒng)只包含軌下基礎(chǔ)-隨道-地層的動(dòng)力相互作用系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者-對(duì)地鐵列車(chē)運(yùn)行引起環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題的車(chē)軌激勵(lì)系統(tǒng)及軌下基礎(chǔ)-隧道-地層（-建筑物）或路基-地層（-建筑物）的動(dòng)力相互作用系統(tǒng)所涉及的方方面面進(jìn)行了大量研究，取得/系統(tǒng)性的研究成果。接下來(lái)本文將對(duì)這些研究成果進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.2.1車(chē)輛-軌道動(dòng)力相互作用系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
從19世紀(jì)末文克勒（Winkler)提出了彈性地基梁理論之后，該理論很快20世紀(jì)初先后被鐵木辛柯（Timoshenko)、沙湖年慈等人應(yīng)用軌道建模及鋼軌動(dòng)力響應(yīng)、輪軌動(dòng)荷載等問(wèn)題的研究之中。得益于鐵路運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，而后兒十年至今，輪軌相互作用及應(yīng)用數(shù)學(xué)力學(xué)模型解決鐵路實(shí)際問(wèn)題的研究也得到了顯著發(fā)展�？梢哉f(shuō)，車(chē)軌相互作用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，已經(jīng)成為了一門(mén)成果豐碩的重要學(xué)科。對(duì)車(chē)軌相互作用系統(tǒng)的研究方法，主要可以分為試驗(yàn)分析法及模型分析法兩種。
1.2.1.1試驗(yàn)分析法
鐵路誕生之初，受限子落后的測(cè)試技術(shù)，鮮有對(duì)列車(chē)-軌道系統(tǒng)旳動(dòng)力特性進(jìn)行測(cè)試分析的研究。直到20世紀(jì)70年代初，英國(guó)Derby鐵路技術(shù)研究中心開(kāi)展了對(duì)軌道接頭處輪軌動(dòng)作用力的試驗(yàn)，對(duì)車(chē)軌相互作用系統(tǒng)的試驗(yàn)研究才逐步活躍了起來(lái)。近年來(lái)，隨著測(cè)試技術(shù)的提高，更多的學(xué)者對(duì)車(chē)軌相互作用系統(tǒng)或其子系統(tǒng)的動(dòng)力特性進(jìn)行了深入的試驗(yàn)分析。

對(duì)車(chē)軌相互作用系統(tǒng)的原位實(shí)測(cè)不僅可以用來(lái)研究系統(tǒng)自身的動(dòng)力特性，其結(jié)果還可以用來(lái)計(jì)算列車(chē)的振動(dòng)荷載，以便用于列車(chē)運(yùn)行引起環(huán)境振動(dòng)的分析當(dāng)中。目前主要有兩種方法，一種是實(shí)測(cè)列車(chē)動(dòng)荷載法，即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到鋼軌動(dòng)荷載，，并將其換算為用于計(jì)算的列車(chē)動(dòng)荷載；另一種方法是荷載數(shù)定法，即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)鋼軌振動(dòng)加速度，利用頻譜分析的方法，得出鋼軌振動(dòng)加速度的數(shù)定表達(dá)式，然后再根據(jù)車(chē)輛振動(dòng)簡(jiǎn)化模型，建立輪系的運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)而推導(dǎo)出列車(chē)動(dòng)荷載。

2移動(dòng)諧振荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)

在地鐵線(xiàn)路對(duì)列車(chē)引起環(huán)境振動(dòng)不敏感的區(qū)段，無(wú)需進(jìn)行任何減振設(shè)計(jì)，地鐵軌道型式一般采用DTVh扣件軌道，即所謂的普通軌道。然而，在線(xiàn)路對(duì)列車(chē)引起環(huán)境振動(dòng)量值要求茍刻的區(qū)段，在進(jìn)行線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取一定的措施對(duì)地鐵環(huán)境振動(dòng)影響進(jìn)行控制。目前，控制地鐵環(huán)境振動(dòng)影響的可供選擇的措施包括：車(chē)輛減振措施、軌道減振措施、隨道隔振措施、地層隔振措施及受振體隔振措施等。其中，采取軌道減振措施是目前減緩地鐵環(huán)境振動(dòng)影響最為常用的、行之有效的方法。軌道減振措施由其減振型式可分為扣件減振、軌枕減振及道床減振三類(lèi)。采取扣件減振措施的軌道主要有：m型減振器扣件軌道、IV型減振器扣件軌道、Vanguard先鋒扣件軌道等；采取軌枕減振措施的軌道主要有彈性支撐塊式無(wú)石乍軌道等；采取道床減振措施的軌道主要有浮置板軌道及梯式軌道等。

地鐵線(xiàn)路軌道型式是地鐵環(huán)境振動(dòng)影響的一個(gè)重要控制因素。研究移動(dòng)諧振荷載作用下各型軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，對(duì)于了解軌道自身的動(dòng)力特性及建立相應(yīng)環(huán)境振動(dòng)振源車(chē)軌動(dòng)力耦合的分析模型都具有重要的意義。為此，眾多學(xué)者對(duì)移動(dòng)荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)做了研究。但在這些研究中，有的將軌道簡(jiǎn)化為連續(xù)支撐模型，如文獻(xiàn)[68-79]的研究，而針對(duì)離散支撐軌道模型進(jìn)行的相應(yīng)研究，又往往需要進(jìn)行數(shù)值積分計(jì)算，在計(jì)算效率上并不高效，且計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)數(shù)值積分步長(zhǎng)依賴(lài)極大。對(duì)于地鐵線(xiàn)路中的各型軌道，從道床結(jié)構(gòu)型式上又可分為普通道床軌道及浮置道床軌道兩類(lèi)。其中前者包含普通DTVI2扣件軌道和采取扣件減振措施及軌枕減振措施的軌道，而后者主要為采取道床減振措施的軌道。本文著重對(duì)普通道床軌道及浮置道床軌道中的浮置板軌道進(jìn)行研究。為了克服離散支撐軌道動(dòng)力響應(yīng)現(xiàn)有計(jì)算研究方法在計(jì)算效率及計(jì)算精度上的不足，本章將在視軌道結(jié)構(gòu)為無(wú)限長(zhǎng)的周期結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論，給出普通道床軌道及浮置板軌道在單位移動(dòng)諧振荷載作用下動(dòng)力響應(yīng)的高效頻域求解方法，同時(shí)也為后續(xù)章節(jié)建立相應(yīng)車(chē)軌動(dòng)力耦合模型奠定基礎(chǔ)。

2.1無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論

無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)是指在空間上無(wú)限延伸且具有周期性的結(jié)構(gòu)，而無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)的任一周期范圍可稱(chēng)作結(jié)構(gòu)的基本元，即無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)可以視作是由無(wú)限個(gè)基本元依次排列而組合成的，見(jiàn)圖2.1。自然，現(xiàn)實(shí)中不存在無(wú)限長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，但當(dāng)結(jié)構(gòu)足夠長(zhǎng)時(shí)，它們就可以被視為無(wú)限長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，如果這些結(jié)構(gòu)還在空間布置上表現(xiàn)出周期性，則它們就可以被視作無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)。典型的可視為無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)的建構(gòu)筑物有大型水壩、大型擋土墻、具有縱向一致性的隨道-地層結(jié)構(gòu)及周期離散支撐的軌道結(jié)構(gòu)等。

2.2移動(dòng)諧振荷載作用下普通道床軌道的動(dòng)力響應(yīng)
2.2.1普通道床軌道模型
地鐵線(xiàn)路中大量使用的普通道床軌道可視為以扣件間距I為周期的離散支撐無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2.4(a）。具體地，本文將普通道床軌道鋼軌模擬為一與下部結(jié)構(gòu)相連的無(wú)限長(zhǎng)Euler梁(稱(chēng)作軌梁)，并將坐標(biāo)原點(diǎn)0取在一扣件位置處。鋼軌下部結(jié)構(gòu)在圖2.4(a)中統(tǒng)一以黑色三角形進(jìn)行描述，其可以考慮為一層、兩層及三層支撐。對(duì)于單層支撐軌道，鋼軌下部結(jié)構(gòu)僅為彈性扣件，在模型中可僅由彈簧阻尼元件描述，見(jiàn)圖2.4(b);對(duì)于兩層支撐軌道，鋼軌下部結(jié)構(gòu)為彈性扣件及軌枕，在模型中可由相應(yīng)的質(zhì)量塊及彈黃阻尼元件描述，見(jiàn)圖2.4(c);對(duì)于三層支撐軌道，鋼軌下部結(jié)構(gòu)為彈性扣件、軌枕及道碎，在模型中同樣可由相應(yīng)的質(zhì)量塊及彈簧阻尼元件進(jìn)行描述，見(jiàn)圖2.4(d)。
ShengX.曾在文獻(xiàn)[88]中給出了一個(gè)求解移動(dòng)諧振荷載作用下周期離散支撐的無(wú)限長(zhǎng)Timoshenko梁軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的方法，現(xiàn)將該方法運(yùn)用于歐拉梁軌道模型中并與本章提出的方法進(jìn)行比較�？紤]速度v=50km/h的單位簡(jiǎn)諧移動(dòng)荷載e作用在上述軌道模型上，如圖2.9所示。圖2.10給出了兩種方法計(jì)算的扣件支座處及跨中點(diǎn)處鋼軌的位移頻譜。從圖中可以看出，不同方法計(jì)算得到的響應(yīng)吻合得良好。這驗(yàn)證了本章方法的IE確性。與此同時(shí)，圖2.11給出了由本章方法計(jì)算得到相應(yīng)點(diǎn)的時(shí)程響應(yīng)。
從圖2.10和圖2.11中可以看出：
1)在一特定激振頻率的移動(dòng)荷載作用下，在響應(yīng)頻譜上，軌道響應(yīng)顯著的頻段就位于荷載激勵(lì)頻率附近，而在時(shí)程上，當(dāng)荷載到達(dá)拾振點(diǎn)時(shí)響應(yīng)取得最大值；
2)在時(shí)程響應(yīng)上，扣件支座點(diǎn)及跨中點(diǎn)鋼軌響應(yīng)幾乎相同，而在頻譜上，兩者的響應(yīng)也只在遠(yuǎn)離荷載激勵(lì)頻率的頻段才會(huì)表現(xiàn)出一定的差別：
3)在非OHz頻率的移動(dòng)諧振荷載作用下，軌道結(jié)構(gòu)的頻域響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)明顯的多普勒效應(yīng)，其表現(xiàn)為響應(yīng)頻譜在荷載激勵(lì)頻率高低兩側(cè)、且距荷載頻率較近頻率位置處會(huì)各出現(xiàn)一個(gè)顯著峰值，見(jiàn)圖2.10(c)及(d)中的小圖。

從圖2.12可以看出：在一特定激振頻率的移動(dòng)荷載作用下，響應(yīng)頻譜匕軌道響應(yīng)顯著的頻段位于荷載激勵(lì)頻率附近；隨著荷載移動(dòng)速度的培加，荷載激勵(lì)頻率附近一個(gè)很窄頻段內(nèi)的位移響應(yīng)將有所減小，但其它大部分頻段內(nèi)的位移響應(yīng)將顯著增大。此外，在圖2.12中可以看到，軌道響應(yīng)頻譜在荷載頻率兩側(cè)均出現(xiàn)了彼此間距為V/L的一系列“尖刺”及“凸臺(tái)”，這些就是由鋼軌的離散支撐而引起的參數(shù)激勵(lì)。從圖2.13中可以看到，隨著荷載移動(dòng)速度的增加，移動(dòng)諧振荷載引起軌道響應(yīng)在時(shí)程上的最大峰值變化不大，但響應(yīng)顯著的持時(shí)將變短。

3浮置板軌道動(dòng)力特性研究.....................60
3.1固定諧振荷載引起浮置板軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的廣義波數(shù)算法.......60
3.2基本動(dòng)力特性..........................................63
3.3軌道參數(shù)對(duì)動(dòng)力特性的影響.....................71
4基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論的車(chē)軌動(dòng)力耦合模型.....................81
4.1車(chē)軌動(dòng)力耦合模型的建立及求解基本思路.....................81
4.2車(chē)輛的動(dòng)力方程及輪對(duì)柔度矩陣.....................83
5基于無(wú)限-走起結(jié)構(gòu)理論的車(chē)軌動(dòng)力耦合系統(tǒng)的動(dòng)力分析.......122

5.1軌道參數(shù)、車(chē)輛參數(shù)及計(jì)算模型..............................119

7基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論進(jìn)行列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響分析的實(shí)例研究

將基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論的車(chē)軌動(dòng)力耦合模型與軌下基礎(chǔ)-隨道-地層振動(dòng)響應(yīng)分析的薄片有限元-無(wú)限元耦合模型進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，可對(duì)列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響進(jìn)行有效分析及預(yù)測(cè)。本章將首先對(duì)該理論分析方法進(jìn)行總結(jié)，而后將應(yīng)用該方法對(duì)地鐵幾種常用軌道型式及幾種隨道埋深情況下的列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響進(jìn)行實(shí)例分析。

7.1地鐵列車(chē)引起環(huán)境振動(dòng)基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論的分析方法
地鐵列車(chē)引起環(huán)境振動(dòng)基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論的分析方法由兩部分組成：（1)基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論的車(chē)軌動(dòng)力耦合模型：（2)列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響分析的薄片有限元-無(wú)限元耦合模型。其主要思路可見(jiàn)圖7.1-圖7.3，具體如下：
1)將地鐵列車(chē)引起環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題分為列車(chē)-軌道激勵(lì)系統(tǒng)及軌下基礎(chǔ)-隨道-地層系統(tǒng)兩部分；
2)針對(duì)列車(chē)-軌道激勵(lì)系統(tǒng)，運(yùn)用基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論的車(chē)軌動(dòng)力親合模型進(jìn)行分析，以耦合模型求得激勵(lì)系統(tǒng)作用于軌下基礎(chǔ)（隧道基底）的振動(dòng)激勵(lì)力；
3)將振動(dòng)激勵(lì)力（對(duì)于浮置板軌道，對(duì)振動(dòng)激勵(lì)力需做出一定的簡(jiǎn)化）施加于軌下基礎(chǔ)-隧道-地層系統(tǒng)相應(yīng)位置，為分析其振動(dòng)響應(yīng)做好準(zhǔn)備；

4)根據(jù)施加于軌下基礎(chǔ)-隨道-地層系統(tǒng)振動(dòng)激勵(lì)力的周期性特點(diǎn)，運(yùn)用列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響分析的薄片有限元-無(wú)限元耦合模型對(duì)軌下基礎(chǔ)-險(xiǎn)道-地層系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行分析，以計(jì)算隨道基底、險(xiǎn)道壁及地表關(guān)注點(diǎn)等的振動(dòng)響應(yīng)，從而完成地鐵列車(chē)引起環(huán)境振動(dòng)的分析。

7.2常見(jiàn)軌道型式下地鐵列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響分析
在各軌道工況的列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響分析中，以距離隨道正上方地表40m、80m、100m處地表為振動(dòng)響應(yīng)主要關(guān)注點(diǎn)。同時(shí)，為兼顧研究隨道基底及隨道壁的振動(dòng)，取距隨道中心線(xiàn)Im的隧道基底點(diǎn)為基底振動(dòng)響應(yīng)關(guān)注點(diǎn)，取距基底頂面1.5m的隨道壁點(diǎn)為隨道壁振動(dòng)響應(yīng)關(guān)注點(diǎn)（見(jiàn)圖7.7)。各點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)的頻率分析到120Hz。

采用單洞隧道情況的薄片有限元-無(wú)限元耦合模型（SFEIECM)對(duì)各軌道工況下該區(qū)間地鐵列車(chē)振動(dòng)環(huán)境影響進(jìn)行研究。由對(duì)稱(chēng)性，模型只將一半-的結(jié)構(gòu)納入考慮。模型縱向（線(xiàn)路或隨道延伸方向）按扣件間距取0.6m，橫斷面上有限元區(qū)域大小取深X寬為100mx230m，其中近激勵(lì)源的36mx25m范圍以ANSYS軟件建立有限元模型，見(jiàn)圖7.8，而其余的有限元部分及100mx230m范圍外的無(wú)限元部分均在MATLAB軟件甲.編程建立。模型中有限單元區(qū)域最大尺寸不大于1m。

8結(jié)論與展望

8.1總結(jié)
地鐵列車(chē)引起的環(huán)境振動(dòng)越來(lái)越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，也成為各城市建設(shè)地鐵時(shí)無(wú)法回避的問(wèn)題。在一些存有敏感建筑的區(qū)域附近修建地鐵時(shí)，需要對(duì)地鐵列車(chē)運(yùn)行引起的環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行分析及預(yù)測(cè)，以指導(dǎo)地鐵線(xiàn)路的設(shè)計(jì)及減振措施的選取。在此背景下，本文針對(duì)地鐵列車(chē)運(yùn)行引起的軌道、隨道及自由場(chǎng)地層的振動(dòng)響應(yīng)問(wèn)題，基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論建立了一套完善的理論分析方法，以滿(mǎn)足對(duì)列車(chē)引起環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)及研究的需求。具體地，本文在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了深入的研究：
1、將軌道結(jié)構(gòu)視為一種周期性的無(wú)限長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，針對(duì)普通道床軌道及浮置板軌道，應(yīng)用無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論，分別推導(dǎo)了移動(dòng)諧振荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的求解方法。通過(guò)與其它計(jì)算方法的對(duì)比，驗(yàn)證了本文方法的正確性。
2、基于移動(dòng)諧振荷載作用下浮置板軌道動(dòng)力響應(yīng)的頻域快速數(shù)值算法，推導(dǎo)了固定位置諧振荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)求解的廣義波數(shù)算法，并以此對(duì)浮置板軌道在固定諧振荷載作用下的動(dòng)力特性進(jìn)行了細(xì)致研究。
3、針對(duì)普通道床軌道及浮置板軌道這兩種軌道型式，以移動(dòng)諧振荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的求解方法為基礎(chǔ)，利用傳遞矩陣方法、傅里葉積分變換及坐標(biāo)變換等技術(shù)，采用移動(dòng)荷載狀態(tài)激振，在頻域內(nèi)建立了基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論的車(chē)軌動(dòng)力耦合模型。該模型借助輪對(duì)柔度矩陣、鋼軌上輪軌接觸點(diǎn)柔度矩陣及輪軌線(xiàn)性Hertz接觸關(guān)系，將列車(chē)與軌道進(jìn)行鍋合，求得輪軌力并將其表示成一系列簡(jiǎn)諧荷載的疊加，進(jìn)而以該輪軌力為基礎(chǔ)進(jìn)行車(chē)輛響應(yīng)及軌道響應(yīng)的求解。
4、利用建立的新型車(chē)軌動(dòng)力耦合模型，對(duì)DTVI2扣件軌道、III型減振器扣件軌道、預(yù)制短浮置板軌道及現(xiàn)繞長(zhǎng)型浮置板軌道區(qū)段的車(chē)軌耦合系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力分析及比較。通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了本文提出車(chē)軌動(dòng)力鍋合模型的正確性，也表明了其可以很好地應(yīng)用于城市軌道交通車(chē)軌動(dòng)力相互作用系統(tǒng)的模擬與仿真。

5、在基于無(wú)限-周期結(jié)構(gòu)理論建立的車(chē)軌動(dòng)力耦合模型基礎(chǔ)上，首次建立了分析列車(chē)引起軌下基礎(chǔ)-險(xiǎn)道-地層系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的薄片有限元-無(wú)限元耦合模型(SFEIECM)。

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：36444