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《北京交通大学》 2015年
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沪宁城际高速铁路振动及其对周围环境影响研究

马利衡  
【摘要】:随着铁路网的加密和列车运行速度的提高,列车运行引起的振动问题愈发突出,振动过大会对列车运行的舒适性和安全性、周边结构物的正常使用和安全以及沿线居民的正常生活造成影响,并进一步引发钢轨疲劳屈服、轨道结构沉降、路基土体扰动等问题。近年来建成通车的沪宁城际铁路设计时速超过300公里,穿越大量人口稠密区和软土地区,且部分路段紧邻既有京沪铁路,因此,其高速运行列车引起的振动问题备受关注。本文以沪宁城际铁路为研究对象,采用理论分析和现场试验相结合的研究方法,对沪宁城际铁路振动问题进行了系统研究,主要研究内容和成果如下: (1)针对沪宁城际铁路高架段和路基段进行了现场振动测试,对测试数据从时域和频域内进行分析,得到了钢轨、轨道板、底座板、桥墩、路基边坡以及地面等处的振动响应。测试结果表明,线路结构形式和车速对振动有较明显的影响,而车型及编组长度对振动影响较小;桥梁支座附近的底座板振动较大,设计及维护中应加强观测。 (2)采用基于频域功率谱等效的数值模拟方法由国内外典型高速轨道谱密度函数计算得到轨道不平顺时域样本,通过沪宁城际轨道不平顺与典型高速轨道谱在时域和频域内的对比分析,结果表明,沪宁城际铁路轨道平顺性较好,轨道不平顺幅值及功率谱密度优于参与对比的其他四种轨道谱。 (3)研究建立了列车—板式无砟轨道耦合动力学模型,以沪宁城际轨道不平顺和国内外四种典型高速轨道谱作为轮轨激励输入,对列车动力响应进行了计算分析。结果表明,列车动力响应随车速的增大而增大,轨道平顺性较好时呈小幅均匀增长,轨道平顺性较差时随车速增加增幅较大;在沪宁城际轨道不平顺激扰下,车速达到400km/h时仍能保证列车平稳运行。 (4)研究建立了轨道—土体有限元模型,计算得到了地面的振动响应,通过与测试结果进行对比,验证了有限元模型的合理性。并针对地基土质、车速、轨道不平顺、地基加固等条件对环境振动的影响进行了计算分析,结果表明:地基土质、车速和轨道平顺性对环境振动有较明显的影响;沪宁城际铁路采用的桩网复合地基具有良好的加固减振效果,且距离地基加固区越近,减振效果越明显,距线路中心线10m处地面振动加速度峰值下降约33.8%。 (5)研究建立了列车—有砟轨道耦合动力学模型,计算得到京沪铁路列车移动荷载;并扩展建立了包含沪宁城际铁路和京沪铁路轨道结构的有限元模型,模拟沪宁城际铁路和京沪铁路同时行车情况下的地基土体应力和累积塑性变形。计算结果表明,线路结构间距为5m条件下,高速铁路行车导致京沪铁路地基土体累积变形量增加18.36%,线间距的减小对既有线地基土体累积塑性变形有较明显的影响。 本文采用的理论分析与现场试验相结合的研究方法以及针对沪宁城际铁路研究建立的数值模型能够较好的用于沪宁城际铁路振动问题的研究,并对类似工程问题的研究,具有一定的理论意义和参考价值。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U211.3

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