轨道交通引起的结构振动分析及其规律研究
发布时间：2020-12-15 09:05
随着我国轨道交通的快速发展,轨道交通引起的振动问题日益突出,成为人们关注的热点问题,尤其对地铁车站直接上盖物业和高速列车穿行的综合交通枢纽,轨道交通引起的振动成为不可忽视的问题,研究该类结构的振动特征和传播规律将为其减振奠定基础。因此本文针对地铁和高铁车站,采用Simpack商业软件建立列车-轨道耦合动力学模型,得到高速列车荷载和地铁列车荷载,并建立地铁车站和高铁站房有限单元模型,研究列车运行引起的结构振动和传播规律。本文主要研究内容如下:（1）采用Simpack商业软件建立列车-轨道耦合动力学模型,得到列车荷载,其作为车站有限元模型的激励荷载,通过谐波不平顺、随机不平顺进行列车模型验证,在此基础上对不同运行工况下列车荷载的时频特性进行分析。（2）进行移动荷载作用下土体振动传播验证,并建立地铁车站-土体有限元模型,分析地铁车站的振动响应以及振动传播规律,研究不同土体和不同运行工况的振动影响规律。（3）建立高铁站房-土体-上部结构有限元模型,分析高速列车运行时站房结构的振动,研究不同车速对振动的影响规律,并采用功率流理论分析瞬时能量在高铁站房以及上方建筑物中的流动规律。
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轨道交通引起的环境振动在研究中一般将整个振动体系分成三个子系统：(1)振源，振源是整个振动分
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-9-第2章列车荷载及其验证2.1引言列车作用于轨道的作用力由列车的自重构成的静荷载以及运行时产生的振动荷载组成。轨道不平顺是引起车辆-轨道耦合系统的根源。对于列车荷载的分析方法现在主要有数值仿真和现场实测的方法。现场实测成本高昂，并且不易测量。所以现在数值仿真的方法较为通用。本文采用数值仿真的方法建立车辆轨道耦合模型，从而计算得到列车荷载。2.2车辆轨道动力学相互作用2.2.1车辆轨道耦合理论图2-1列车模型列车模型如图2-1。列车是非常复杂的机械结构，在车辆动力学的研究中，一般忽略其柔性振动及变形，将车辆简化成多刚体系统。列车由车体，两组转向架以及四对轮对组成，是由七个刚体组成的多刚体系统。轮对和转向架之间通过一系悬挂连接，转向架和车体之间通过二系悬挂连接。车体，转向架以及轮对都考虑沉涪横移、侧滚、点头以及摇头五个自由度，整个列车模型有35个自由度。对于轨道模型，钢轨通常被看作连续弹性离散支承点上的无限长梁。在具体车辆轨道系统建模中，常将钢轨看作有限长的简支梁，采用Eurler梁或者Timoshenke梁模拟结果。当钢轨计算长度足够长时能够取得合理精度的结果。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-图2-2车辆轨道耦合模型车辆和轨道之间的耦合关系如图2-2所示。车辆和轨道以轮轨作用力为纽带，构成统一的车辆轨道耦合动力学模型。在轨道不平顺激励下，轮轨之间作用力动态变化，轮轨动作用力会引起车辆系统和轨道系统的振动。轮对的振动会引起轮对各位移量发生变化，轨道系统中钢轨的振动也会使得钢轨的横、垂向位移以及转角发生变化。这会使得轮轨接触几何关系的变化进而导致轮轨接触力的变化。接触力的变化反过来又会继续影响车辆轨道系统的各位移量。这种相互反馈作用使得车辆轨道形成耦合系统，车辆和轨道子系统是不可分割的。图2-3轮轨力示意图轮轨之间的相互作用力如图2-3所示。分为法向接触力和切向的蠕滑力。法向接触力计算如下式：3/210zZFG=轮轨脱离时(2-1)式中Z——轮轨瞬时弹性法向压缩量(m)；G——为轮轨接触常数(m/N2/3)。车轮在钢轨上运行时，在车轮和钢轨的接触面上会产生一种特殊的现象，介于纯滚动和纯滑动之间，称为“蠕滑”。轮轨切向蠕滑力的计算有多种模型，如Carter理论、Johnson-Vermeulen理论、Kalker理论、FASTSIM等理论。本文采用应用较
【参考文献】：
期刊论文
[1]地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析[J]. 袁宗浩,蔡袁强,曾晨. 岩石力学与工程学报. 2015(07)
[2]三维一致粘弹性人工边界及等效粘弹性边界单元[J]. 谷音,刘晶波,杜义欣. 工程力学. 2007(12)
[3]基于2．5维有限元方法分析列车荷载产生的地基波动[J]. 边学成,陈云敏. 岩石力学与工程学报. 2006(11)
[4]一致粘弹性人工边界及粘弹性边界单元[J]. 刘晶波,谷音,杜义欣. 岩土工程学报. 2006(09)
[5]地铁诱发地面运动的衰减规律的研究分析[J]. 陶连金,李晓霖,陆熙,张丁盛. 世界地震工程. 2003(01)
[6]地铁列车振动的环境响应[J]. 刘维宁,夏禾,郭文军. 岩石力学与工程学报. 1996(S1)
[7]地铁区间隧道列车振动测试与分析[J]. 潘昌实,谢正光. 土木工程学报. 1990(02)
博士论文
[1]地铁车辆段及上盖建筑物振动传播规律及减振技术研究[D]. 邹超.华南理工大学 2017
[2]地铁—房建合建体系耦合动力学及振动控制技术研究[D]. 侯博文.北京交通大学 2016
[3]沪宁城际高速铁路振动及其对周围环境影响研究[D]. 马利衡.北京交通大学 2015
[4]高架轨道交通引起的环境振动预测与参数研究[D]. 陈建国.北京交通大学 2010
[5]城市轨道交通引起的环境振动预测与评估[D]. 魏鹏勃.北京交通大学 2009
[6]地铁列车引起的地面振动及隔振措施研究[D]. 栗润德.北京交通大学 2009
[7]地铁列车振动对环境影响的预测研究及减振措施分析[D]. 孙晓静.北京交通大学 2008
[8]地铁激励下振动的传播规律及建筑物隔振减振研究[D]. 申跃奎.同济大学 2007
硕士论文
[1]有限元功率流在结构振动特性分析中的应用[D]. 郑水清.华北电力大学 2017
[2]轨道交通引起的环境振动及减振措施[D]. 孙志翔.浙江大学 2016
[3]大型水电站厂房振动传递路径研究[D]. 涂凯.天津大学 2014
本文编号：2918029
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轨道交通引起的环境振动在研究中一般将整个振动体系分成三个子系统：(1)振源，振源是整个振动分
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-9-第2章列车荷载及其验证2.1引言列车作用于轨道的作用力由列车的自重构成的静荷载以及运行时产生的振动荷载组成。轨道不平顺是引起车辆-轨道耦合系统的根源。对于列车荷载的分析方法现在主要有数值仿真和现场实测的方法。现场实测成本高昂，并且不易测量。所以现在数值仿真的方法较为通用。本文采用数值仿真的方法建立车辆轨道耦合模型，从而计算得到列车荷载。2.2车辆轨道动力学相互作用2.2.1车辆轨道耦合理论图2-1列车模型列车模型如图2-1。列车是非常复杂的机械结构，在车辆动力学的研究中，一般忽略其柔性振动及变形，将车辆简化成多刚体系统。列车由车体，两组转向架以及四对轮对组成，是由七个刚体组成的多刚体系统。轮对和转向架之间通过一系悬挂连接，转向架和车体之间通过二系悬挂连接。车体，转向架以及轮对都考虑沉涪横移、侧滚、点头以及摇头五个自由度，整个列车模型有35个自由度。对于轨道模型，钢轨通常被看作连续弹性离散支承点上的无限长梁。在具体车辆轨道系统建模中，常将钢轨看作有限长的简支梁，采用Eurler梁或者Timoshenke梁模拟结果。当钢轨计算长度足够长时能够取得合理精度的结果。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-10-图2-2车辆轨道耦合模型车辆和轨道之间的耦合关系如图2-2所示。车辆和轨道以轮轨作用力为纽带，构成统一的车辆轨道耦合动力学模型。在轨道不平顺激励下，轮轨之间作用力动态变化，轮轨动作用力会引起车辆系统和轨道系统的振动。轮对的振动会引起轮对各位移量发生变化，轨道系统中钢轨的振动也会使得钢轨的横、垂向位移以及转角发生变化。这会使得轮轨接触几何关系的变化进而导致轮轨接触力的变化。接触力的变化反过来又会继续影响车辆轨道系统的各位移量。这种相互反馈作用使得车辆轨道形成耦合系统，车辆和轨道子系统是不可分割的。图2-3轮轨力示意图轮轨之间的相互作用力如图2-3所示。分为法向接触力和切向的蠕滑力。法向接触力计算如下式：3/210zZFG=轮轨脱离时(2-1)式中Z——轮轨瞬时弹性法向压缩量(m)；G——为轮轨接触常数(m/N2/3)。车轮在钢轨上运行时，在车轮和钢轨的接触面上会产生一种特殊的现象，介于纯滚动和纯滑动之间，称为“蠕滑”。轮轨切向蠕滑力的计算有多种模型，如Carter理论、Johnson-Vermeulen理论、Kalker理论、FASTSIM等理论。本文采用应用较
【参考文献】：
期刊论文
[1]地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析[J]. 袁宗浩,蔡袁强,曾晨. 岩石力学与工程学报. 2015(07)
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[3]基于2．5维有限元方法分析列车荷载产生的地基波动[J]. 边学成,陈云敏. 岩石力学与工程学报. 2006(11)
[4]一致粘弹性人工边界及粘弹性边界单元[J]. 刘晶波,谷音,杜义欣. 岩土工程学报. 2006(09)
[5]地铁诱发地面运动的衰减规律的研究分析[J]. 陶连金,李晓霖,陆熙,张丁盛. 世界地震工程. 2003(01)
[6]地铁列车振动的环境响应[J]. 刘维宁,夏禾,郭文军. 岩石力学与工程学报. 1996(S1)
[7]地铁区间隧道列车振动测试与分析[J]. 潘昌实,谢正光. 土木工程学报. 1990(02)
博士论文
[1]地铁车辆段及上盖建筑物振动传播规律及减振技术研究[D]. 邹超.华南理工大学 2017
[2]地铁—房建合建体系耦合动力学及振动控制技术研究[D]. 侯博文.北京交通大学 2016
[3]沪宁城际高速铁路振动及其对周围环境影响研究[D]. 马利衡.北京交通大学 2015
[4]高架轨道交通引起的环境振动预测与参数研究[D]. 陈建国.北京交通大学 2010
[5]城市轨道交通引起的环境振动预测与评估[D]. 魏鹏勃.北京交通大学 2009
[6]地铁列车引起的地面振动及隔振措施研究[D]. 栗润德.北京交通大学 2009
[7]地铁列车振动对环境影响的预测研究及减振措施分析[D]. 孙晓静.北京交通大学 2008
[8]地铁激励下振动的传播规律及建筑物隔振减振研究[D]. 申跃奎.同济大学 2007
硕士论文
[1]有限元功率流在结构振动特性分析中的应用[D]. 郑水清.华北电力大学 2017
[2]轨道交通引起的环境振动及减振措施[D]. 孙志翔.浙江大学 2016
[3]大型水电站厂房振动传递路径研究[D]. 涂凯.天津大学 2014
本文编号：2918029
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