地铁列车运行引起的环境振动三维数值分析.pdfVIP

铁道建筑 2010年第7期 RailwayEngineering 67 文章编号：1003—1995(2010)07-0067-04 地铁列车运行引起的环境振动三维数值分析 严 涛，肖新标，金学松，吴 磊 (西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都610031) 摘要：采用移动荷载模拟地铁歹tj车运行，利用ANSYS建立轨下基础一隧道一大地三维有限元模型进行 分析。分析表明，大地振动最强的区域在离振源最近的轨道下方处；隧道越深，地面振动越小；随着列车 速度的增大，地面振动随之增大；荷载频率越高，地面振动加速度衰减越快。应重点考虑低频段荷载对 地面的影响。 关键词：地下铁道三维模型 数值分析 大地振动 中图分类号：U231+．1文献标识码：A 随着城市的快速发展，人口的急剧增加，城市地面 沿轨道方向的传播和荷载的移动¨1。随着计算机水 交通已经无法满足交通出行的要求。而地铁交通以其 平的提高，同时为了更加精确地反应地铁列车通过时 “不占用地面空间、客运量大、快速、准时、安全、舒适、 引起的振动在三维空间的传播规律，本文采用施加在 便利”等优势，已经成为解决城市交通的重要手段¨1。 轨道两侧钢轨位置上的移动荷载模拟地铁列车运行， 与此同时，地铁运行所带来的大地和环境振动问题越来 建立轨下基础一隧道一地基三维模型，采用三维数值 越被人们所关注，国际上已经把大地振动列为七大环境 有限元计算方法模拟计算地铁列车通过隧道时引起的 公害之一，国内外的学者已经做了大量的研究工作。 大地振动规律。 冯青松等悼1将地铁振源看成一线振源，将分析简 化为二维平面应变问题，得到了地铁列车运行引起的 1 地铁列车振动载荷的模拟 地面建筑物的振动规律。刘建达等口1通过建立隧 道一路基动力相互作用平面应变模型，分析了地铁列 大量实测资料表明地铁运行引起的振动接近于谐 车运行引起的地面振动特性，得到了地铁隧道断面几 和振动波的特性，可以考虑用一个激振力函数来模拟 何形式、隧道埋深、平行区间隧道净距和场地条件等因 随机振动的地铁列车荷载¨…。同时大量动力学模拟 计算结果表明，列车振动荷载频率主要分布在20Hz 素对地面振动特性的影响规律。陶连金等H1用FLAC 建立了二维数值模型，并以实测列车振动加速度时程 以下[11-17]。因此本文采用包括静荷载和具有典型代 作为系统激励输入，进行了隧道衬砌一地层的整体动 表性的低频正弦函数叠加而成的动荷载，模拟列车动 力学分析，分析了列车运行在地面振动的衰减规律。 荷载，公式如下： (1) 刘维宁等’采用地铁车辆一轨道系统耦合动力作用 F(t)=Po+P，sin(2，rrft) 模型，通过动力分析求得了列车通过时对隧道的荷载， 式中，P。为单轮静载，取70kN，P。为振动荷载幅值， 然后将该荷载施加给轨道基础一衬砌结构一地层系统 ．取20kN；f为荷载频率，单位为Hz；t为荷载作用时 分析模型，通过动力响应分析得到了列车通过时大地 间，单位为S。 的振动和衰减特性。Jones等M’和Andersen等¨’分别 用二维和三维有限元／边界元方法预测了地下列车运 2 轨下基础一隧道一大地三维模型 行产生的大地振动。 通过频域求解对比了二维和三维模型，发现二维 建立图1和图2所示的轨下基础一隧道一大地三 模型只能用于地铁引起大地振动的定型分析¨1，且二 维模型和轨下基础一隧道周边网格图，取X方向为隧 维模型假定了沿轨道方向的波