磁浮车辆与隧道结构动力相互作用研究

论文摘要

磁浮交通系统作为一种新型交通形式,具有巨大发展潜力。磁浮车辆运行引起的结构振动和环境振动问题,也日益受到重视；同时,磁浮线路的建设不可避免的会出现隧道形式。基于此,本文利用ANSYS和SIMPACK对磁浮车辆在隧道内运行引起的结构动力响应和环境振动进行研究。在已有磁浮车辆-轨道结构系统动力学研究成果的基础上,本文以上海高速磁浮交通系统为研究对象,分别建立磁浮车辆-轨道结构系统动力学模型和隧道-地基有限元模型。利用动力学模型计算车辆运行产生的车辆动态荷载时间历程,并将此荷载时间历程作为有限元模型的输入荷载,对隧道-地基有限元模型进行数值仿真,以获得磁浮车辆在隧道内运行引起的结构振动和地基振动的基本特征和基本规律。仿真结果表明,隧道结构在轨道结构支座处的动力学响应要大于其他位置。随着车辆速度和车辆荷载的增加,结构的动力学响应均有不同程度的增大。地基振动响应具有和地铁交通相似的规律。隧道周围地基的振动响应随离开隧道距离的增大逐渐衰减；随着离开线路中心距离的增大,地面振动响应逐渐衰减；距线路10m以内的范围,地面振动快速衰减,10m-20m的范围内会出现振动放大区；20m～30m的范围内较快衰减,在30m-40m的范围内根据运行工况的不同有可能再次出现放大区；随着距离的增大,振动向低频移动；高频振动衰减比低频振动快。磁浮车辆运行引起的地面振动级较小,车辆满载以300km/h速度运行,引起的地面振动在离开线路10m距离之后,基本可以满足GB10070-1988中对居民和文教区的昼间标准,略高于夜间标准。车辆运行速度变化,地面振动的衰减规律基本一致,随着车辆运行速度的提高,同一位置处的地面振动响应增大。车辆荷载变化,地面同一观测点的振动响应相差不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 磁浮交通技术发展概况
• 1.1.1 磁浮交通系统简介
• 1.1.2 磁浮交通技术的发展历史
• 1.1.3 上海高速磁浮示范运营线简介
• 1.2 轨道交通环境振动的产生及传播特点
• 1.2.1 轨道交通引起的环境振动
• 1.2.2 振动波在土体中的传播规律
• 1.3 轨道交通诱发环境振动的研究现状
• 1.3.1 轮轨交通引起环境振动的研究现状
• 1.3.2 磁浮交通引起环境振动问题的研究
• 1.3.3 环境振动的评价方法
• 1.4 本文的研究内容和方法
• 1.4.1 研究意义和目的
• 1.4.2 研究内容和方法
• 第2章 磁浮车辆-轨道结构动力学模型
• 2.1 磁浮车辆-轨道结构动力学建模
• 2.1.1 SIMPACK多体系统动力学建模
• 2.1.2 SIMPACK有限元接口模块
• 2.1.3 ANSYS有限元建模与分析
• 2.2 磁浮轨道结构动力学建模
• 2.2.1 磁浮轨道结构
• 2.2.2 磁浮轨道梁
• 2.2.3 隧道内轨道梁有限元建模与分析
• 2.3 磁浮轨道结构检算
• 2.3.1 轨道梁的检算依据
• 2.3.2 轨道梁的检算结果
• 2.3.3 磁浮轨道结构的有限元分析
• 2.4 磁浮车辆动力学模型
• 2.5 磁浮车辆-轨道结构系统动力学模型
• 2.5.1 磁浮车辆-轨道结构系统动力学模型的建立
• 2.5.2 动力学模型计算
• 第3章 隧道-地基有限元模型
• 3.1 隧道结构有限元建模
• 3.1.1 隧道结构形式
• 3.1.2 隧道-地基有限单元模型
• 3.2 地基有限元建模
• 3.2.1 地基有限元模型
• 3.2.2 边界处理
• 3.3 隧道-地基有限元模型及求解
• 3.4 小结
• 第4章 隧道及轨道结构的动力学响应
• 4.1 轨道结构的动力学响应
• 4.1.1 典型工况下的轨道结构动力学响应
• 4.1.2 不同工况下的轨道结构动力学响应
• 4.2 隧道结构的动力学响应
• 4.2.1 典型工况下的隧道结构动力学响应
• 4.2.2 隧道结构动力学响应基本规律
• 4.3 小结
• 第5章 磁浮列车在隧道内运行的地面振动响应
• 5.1 隧道上方地基的振动响应
• 5.2 隧道下方地基的振动响应
• 5.3 地面振动响应分析
• 5.3.1 地面振动的衰减规律
• 5.3.2 地面振动响应的频谱分析
• 5.3.3 地面振动响应评价
• 5.4 参数变化对地面振动的影响
• 5.4.1 运行速度对地面振动响应的影响
• 5.4.2 车辆载荷对地面振动的影响
• 5.4.3 埋深对地面振动响应的影响
• 5.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研项目情况