车辆轨道桥梁空间耦合振动引起的环境振动

《车辆轨道桥梁空间耦合振动引起的环境振动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第24卷第2期青岛大学学报(工程技术版)Vo1．24No．22009年6月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(E&T)Jun．2009文章编号：1006—9798(2009)02—0072—05车辆一轨道一桥梁空间耦合振动引起的环境振动张媛，管友海，李静(中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东青岛266555)摘要：首先建立了车辆一无碴轨道一桥梁系统空间耦合振动模型，通过随机振动分析得到桥墩墩底反力，然后建立了土体一建筑物的三维有限元模型，并将以上得到的墩底反力作为土体一建筑物三维有限元模型的外部激励。分析结果表明，周围土体振动强度随距离的增加而减小，且

2、都存在反弹区；周围建筑物的振动强度随桥墩距离的增大而减小，且在建筑物低层横向和竖向振动相差不大，但是到了高层处横向振动明显大于竖向振动。关键词：城市轨道交通；车辆一轨道～桥梁系统；空间耦合振动；环境振动；三维有限元模型中图分类号：U448．13文献标识码：A对铁路和城市轨道交通引起的环境振动，国外从2O世纪80年代起就陆续开展了许多研究工作，特别是对快速列车和重载列车引起的地面振动及对周围环境的影响进行了较多的研究，提出了一些计算方法和计算模型。日本是环境振动污染最为严重的国家之一，Fujikake_1]、青木一郎[2和Hayakawa等分别就交通车辆引起的结构振动发生机理、振

3、动波在地下和地面的传播规律及其对周围居民的影响进行了研究，提出了环境振动水平的预测方法；丹麦的JorgenJakobsen[4]，对铁路交通引起的地面振动进行了实测，试图找出路基附近的地面振动水平与交通运输量及轨道参数之间的关系。国内对铁路和交通运输车辆引起的地面振动对周围环境影响的研究开始于2O世纪80年代后期。根据我国几个典型城市铁路交通引起的环境振动的一系列现场实测，茅玉泉]、马筠等]对铁路振动的地面传播，振动在建筑物中的传播规律，不同地形及车速、载重量对振动传播的影响等进行了一定的分析。但这些研究，大部分是在测试基础上对地面振动的传播规律进行分析，主要集中于对路堤的应力

4、和位移场的研究，对周围地面振动的研究较少。所提出的一些计算模型多为经验模型，具有局限性，仅适合于其测试场地，在其它场地条件下实用性较差。对于桥上线路列车运行对周围建筑物的影响，也只是建立桥墩一基础一周围地层一建筑物系统的二维模型进行研究，都没有将其扩展到三维空间中。作者在前人研究的基础上，建立了车辆一轨道～桥梁一土体一建筑物系统的三维分析模型，分析研究了城市轨道交通车辆一轨道一桥梁耦合振动系统对周边环境的振动影响。为计算方便，将该系统分解成两个子系统进行研究，分别建立了车辆一轨道一桥梁系统的空间耦合振动模型和土体一建筑物系统的三维有限元模型，并将前一个系统计算得到的墩底反力作为

5、后一个系统的外部激励进行分析。1车辆一轨道一桥梁系统空间耦合振动车辆一轨道一桥梁系统的空间耦合振动模型如图1所示，其中车辆采用35自由度模型；左右钢轨视为2根欧拉梁，对于混凝土弹性支承块式无碴轨道，对左右轨下支承块分别建模，弹性扣件、轨下垫层、块下垫层和橡胶套靴都采用弹簧和阻尼单元进行模拟；桥梁视为空间梁单元，墩底固接；考虑轮轨空间接触几何模型以及轮轨法向力和蠕滑力模型；轮轨系统激励主要考虑轨道几何不平顺，根据美国第六级轨道不平顺功率谱得到轨道不平顺的时域模拟样本。通过车辆、轨道和桥梁之间相互作用力的耦合，建立车辆一轨道一桥梁系收稿日期：2008一O9—23；修回日期：2009

6、—03—03作者简介：张媛(1980一)，女，山东东营人，讲师，博士，从事结构振动控制方向的研究。Email：vnh1980@163．com第2期张媛，等：车辆一轨道一桥梁空间耦合振动引起的环境振动73统空间耦合振动的运动方程，并通过新型显示积分方法进行求解，得到车辆、轨道和桥梁的空间随机振动响应。II———r(f)车体IMc：转向架轮对钢轨(蕾f)支承块妻富薯窨鸯室窨室≤，(f)桥梁a正视图b俯视图C侧视图图1车辆一轨遭一桥梁系统空间模型利用图1所示的车辆一轨道一桥梁系统的空间耦合振动模型，进行模拟计算就可以得到各桥墩墩底反力。以天津市区至滨海新区快速轨道交通工程中的中山门西

7、段工程为例进行研究，其中，车辆为B型车，4节车厢，车速100km／h；轨道形式为60kg／m钢轨和混凝土支承块式无碴道床；桥梁为连续梁桥，跨距为20m，桥墩高度9．8m，取12跨建立桥梁模型，全长共240m；桥墩和梁都是钢筋混凝土结构，桥墩横截面为2．3m×1．4m，桥梁为箱形截面，桥墩和梁都视为空间梁单元，弹性模量取3．3×10Pa，密度为2500kg／m。；时间历程取10s，步长为0．001s。图2绘出了第7个桥墩墩底竖向和水平作用力时程曲线，其它各桥墩墩底反力因篇幅原因不一一给出了。8