车辆-轨道-桥梁空间耦合振动引起的环境振动 - 青岛大学学报.pdfVIP

第24卷 第 2期 青 岛大 学学报 (工程技术版 ) Vo1．24No．2 2009年 6月 JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY (ET) 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—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