论文摘要
城市轨道交通系统引起的环境振动日益成为一个严重的社会问题,振源特性的研究亦成为城市轨道交通研究领域的一个重要方面。为建立振源的特征模型,本文采用虚拟反演方法,给定振源参数,计算台阵各点的振动,再反演振源参数,比较结果和给定输入的差别,论证这个思路的可行性。首先将地基-轨道系统简化为弹性半空间-Euler梁模型,将列车荷载简化为作用于Euler梁上的移动集中荷载,并且说明了如此简化可以获得足够精确度的合理性。接着引入了等效刚度的概念,并分四种不同的速度情况通过计算得到了数值结果,分析了相速度、梁宽、波数对等效刚度的影响。推导了移动集中荷载作用下的Euler梁下位移解析解,并根据等效刚度数值计算了梁下反力。经分析,位移和反力分布形式不变,均随荷载同步向前运动,且分布形态与荷载速度密切相关。接着,叙述了半空间表面单位移动集中荷载作用下的表面一点竖向振动位移代数解的推导过程。在此基础上,通过在梁下反力分布荷载作用范围内沿Euler梁纵向积分得到了最终的梁上移动集中荷载作用下半空间表面竖向振动位移积分解,对其进行数值化实施,并编制具体FORTRAN程序,计算得到了地面一个密集台阵竖向振动位移的数值结果。在此基础上,用周期图法计算了密集台阵的单点自功率谱及两点互功率谱,并分析了位移时程的频谱特征。结果表明Euler梁表面作用移动荷载时引起的弹性半空间表面竖向振动位移的主要能量是低频成分产生的。最后,给定弹性半空间上Euler梁模型、移动振源参数和台阵布置方案,利用微遗传算法虚拟反演了振源参数,分别计算了以台阵单点位移时程、两点位移时程联合、单点自功率谱以及两点互功率谱为目标的反演。结果均能正确、稳定地得到目标振源参数,表明遗传算法在振源特性研究领域的有效性与可靠性,验证了以台阵观测方法反演振源参数的思路的可行性。