地铁轨道结构的减振性能研究

论文摘要

近年来地铁列车在我国迅速发展,给人们生活带来了便利的同时也带来了振动噪声等问题。目前,国内外已有多种减振降噪型轨道结构形式。本文主要研究弹性扣件轨道、浮置板轨道这两种轨道结构,分析其地铁隧道结构在列车振动荷载作用下的动力响应,对比它们的减振性能。研究内容主要分为两部分,一是地铁列车振动荷载的研究;二是隧道体系在列车动载下的动力响应分析,内容包括二维动力有限元计算与分析,三维动力有限元计算与分析以及现场测试的结果分析。本文首先介绍了列车振动荷载产生和作用的机理,轮轨耦合动力学分析模型,轮轨接触模型和轮轨不平顺模型。在此基础上分别建立了弹性扣件轨道和浮置板轨道的车辆—轨道模型,选取了车辆、轨道的计算参数,通过仿真计算,得出不同工况下的列车振动荷载。利用有限元分析软件ANSYS,建立了弹性扣件轨道、浮置板轨道的地铁隧道体系的二维有限元模型,得出了两种轨道隧道结构的动力响应结果,对比分析了它们的减振性能。并且进一步分析了不同土体阻尼比、扣件刚度、支座刚度对轨道隧道结构的动力响应影响。同时,根据轨道隧道结构的实际受力情况,建立了弹性扣件轨道、浮置板轨道地铁隧道体系的三维有限元模型,得出了隧道结构的动力响应。和二维的计算结果进行比较研究,分析模型建立对计算结果的影响。以上海轨道交通线路为测试对象,采用先进的振动测试系统对隧道结构的动力响应进行现场测试,获得轨道振动加速度、隧道结构加速度和速度、位移的时程响应规律。通过现场测试结果,对比分析不同轨道结构的减振效果,并和模型计算结果进行比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外轨道研究现状
• 1.2.1 弹性扣件
• 1.2.2 浮置板轨道
• 1.2.3 弹性支承块式轨道
• 1.2.4 嵌入式轨道结构
• 1.2.5 Rheda型（长轨枕埋入式）无碴轨道
• 1.2.6 浮置型梯子式轨道
• 1.3 地铁列车振动荷载的研究发展
• 1.4 地铁振动对隧道的影响研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 地铁列车振动荷载模拟
• 2.1 列车振动荷载产生和作用的机理
• 2.2 轮轨耦合动力学模型
• 2.3 轮轨接触模型
• 2.4 轮轨不平顺模型
• 2.5 列车振动荷载模拟
• 2.5.1 车辆-轨道的动力分析模型
• 2.5.2 计算参数的选取
• 2.5.3 计算结果
• 2.6 本章小结
• 第3章 地铁隧道结构动力响应分析原理与方法
• 3.1 运动方程的建立原理
• 3.2 动力响应的时域分析法
• 3.2.1 时域分析
• 3.2.2 动力响应的频域分析法
• 3.2.3 模态（振型）叠加法
• 3.3 阻尼处理
• 3.4 土体模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 地铁隧道结构的二维动力分析
• 4.1 计算模型的建立
• 4.1.1 模型范围及单元尺寸的确立
• 4.1.2 建立模型及划分网格
• 4.1.3 工程条件
• 4.1.4 边界条件
• 4.1.5 体系模态分析
• 4.2 地铁隧道体系振动响应分析
• 4.2.1 弹性扣件轨道—隧道体系振动响应计算结果
• 4.2.2 浮置板轨道-隧道体系振动响应计算结果
• 4.2.3 两种轨道结构型式减振效果对比
• 4.3 不同工况下的隧道体系振动响应分析
• 4.3.1 不同的土体阻尼对隧道体系振动的影响
• 4.3.2 不同扣件刚度对隧道体系振动的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 地铁隧道结构的三维有限元分析
• 5.1 三维有限元模型的建立
• 5.2 动荷载施加方式
• 5.3 振动响应的三维有限元计算结果
• 5.3.1 弹性扣件轨道-隧道体系振动响应
• 5.3.2 浮置板轨道—隧道体系振动响应
• 5.3.3 两种轨道结构隔振效果对比
• 5.3.4 二维和三维有限元分析值比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 地铁系统振动现场测试
• 6.1 测试内容
• 6.2 测试设备
• 6.3 测试方法
• 6.4 测试结果和分析
• 6.4.1 时域分析
• 6.4.2 频谱分析
• 6.4.3 浮置板轨道与相应弹性扣件地段测试结果
• 6.5 测试结果与理论值比较分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文