城轨交通高架线环境振动的仿真与预测_张鹤年
高架轨道交通车致地面微振动的预测研究
高架轨道交通车致地面微振动的预测研究城市轨道交通凭借其运量庞大、安全可靠、运行准时、无交通堵塞等优点,近年来在我国得到蓬勃发展。
高架线路施工周期短、维修养护方便、线路布置灵活,是城市轨道交通中重要的线路敷设形式。
城市轨道交通在缓解城市交通压力的同时,也为交通沿线的生活、生产及科研场所等带来了振动污染。
为了减小轨道交通振动污染对线路附近精密仪器生产设备的影响,有必要对轨道交通车致地面微振动进行预测,以便在城市轨道交通的规划与设计阶段就采取合理有效的减振措施。
本文以拟建厦门轨道交通4号线对厦门天马微电子厂房的振动影响为工程背景,针对城市高架轨道交通车致地面微振动展开预测研究,主要研究内容及成果如下:(1)调研了我国城市轨道交通发展情况,阅读国内外相关文献,综述了城市轨道交通环境振动问题的研究现状,对环境振动评价指标及控制标准进行了简单介绍。
(2)结合解析方法与有限元方法,建立了频域内的1/2车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动振源模型,以轮轨高低组合不平顺为激励,计算了地铁B型车以不同速度通过30m混凝土简支箱梁时的轮轨动态接触力及桥梁支座反力。
(3)针对4号线规划线路与微电子厂房之间的场地土展开振动传递特性现场试验,利用重型卡车激励和人工锤击激励,实测了地面振动的传播规律。
建立了桥墩-桩基-土体振动传递路径有限元模型,利用试验结果对有限元模型中的土体参数进行了修正。
(4)将振源模型中的桥梁支座反力作为激励施加于振动传递路径模型中的桥墩顶部,计算求解得到了高架轨道交通列车运行引起的地面微振动响应。
基于计算结果,分析了地面振动的传播衰减规律,并讨论了地基土性质、基础形式和行车速度等因素对地面振动响应的影响。
计算结果可为城市轨道交通的线路规划及敏感场所的减振设计提供参考。
高架轨道交通引起的环境振动影响分析与预测
(4)
车体点头惯量 J/(kg/m2) 转向架质量 M/kg 转向架点头惯量 J/(kg/m2) 车轮质量 M/kg 一系刚度 k/(kN/m) 一系阻尼 c/(kN·s/m) 二系刚度 k/(kN/m) 二系阻尼 c/(kN·s/m)
式中的下标“v”和“b”分别表示车辆和桥梁[10]。 墩-土体系模型是由桥墩、 桩基础和周围场地组 成，如图 3 所示。根据场地土的剪切波速和网格划 分的要求，模型的大小在垂直线路的水平方向取为 300m，沿线路水平方向取 840m，深度取 84m，其 中包括若干个桥墩。土体采用空间等参数八结点单 元。网格大小取近处(100m 的范围内)2.5m，远处 5m。在实际建立 3 维地基土模型时，采用粘弹性人 工边界，计算时取线路一侧进行分析，线路中心所 处的平面边界采用对称边界。土中阻尼取 Rayleigh 阻尼。时间积分步长取为 0.001s。
ANALYSIS AND PREDICTION ON ENVIRONMENTAL VIBRATION INDUCED BY ELEVATED RAIL TRANSIT
CHEN Jian-guo1,2 , XIA He1 , CAO Yan-mei1
(1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang, Heibei 050043, China)
不带司机室车厢 19.0 12.6 2.2 22800.0 6.62×105 2550.0 2410.0 1760.0 1500.0 5.00 2.75×102 30.0
城市轨道交通环境振动评价方法与指标计算讨论
城市轨道交通环境振动评价方法与指标计算讨论马广轩;郭瑞娟;郝高岩;张占一【摘要】With the development of urban rail transit, environmental vibration caused by the operation of rail transit vehicles has increasingly attracted people's attention. This article introduces the evaluation method of the influence of vehicle operation on the residents, building structure and mechanical equipment in the rail transit environment. The calculation methods and calculation parameters of the evaluation index quantity is analyzed and discussed. The trend of influence of different calculation parameters on the calculation results is obtained. The results show that increase of the number of analysis points will reduce the calculation result of the maximum vibration level in the frequency division. The value of the peak retention method is larger than that of the linear average method. After the overlap coefficient is greater than 3/4, the calculation result will tend to be stable. This article provides a reference for accurately evaluating the environmental vibration levels of rail transit.%随着城市轨道交通的发展,轨道交通车辆运行时所引起的环境振动问题日益引起人们的关注.本文对轨道交通环境中车辆运行产生的振动对居民生活工作质量、建筑结构安全及机械设备正常工作的影响的评价方法进行介绍,并对评价指标量的计算方法与计算参数进行分析讨论.得到了不同计算参数对计算结果的影响趋势,其中分析点数的增加会使分频最大振级的计算结果有所降低,使用峰值保持法比线性平均方法得到的指标量更大,在重叠系数大于3/4后计算结果将趋于稳定.本文为准确评价轨道交通环境振动水平提供参考.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2018(038)0z1【总页数】5页(P469-473)【关键词】振动与波;城市轨道交通;环境振动;振级;分频振级【作者】马广轩;郭瑞娟;郝高岩;张占一【作者单位】北京东方振动和噪声技术研究所,北京 100085;北京东方振动和噪声技术研究所,北京 100085;北京东方振动和噪声技术研究所,北京 100085;北京东方振动和噪声技术研究所,北京 100085【正文语种】中文【中图分类】U211.3城市轨道交通列车相对于铁路运输机车车辆轴重更小，运行速度更低。
关于城市快速轨道交通振动评价量的探讨
关于城市快速轨道交通振动评价量的探讨摘要:对城市快速轨道交通建设项目环境影响评价及竣工环境保护验收中所采取的环境振动评价量VLzmax及VLZ10进行了理论分析和实际测量检验，根据《城市区域环境振动测量方法》中规定的“测量量及读数方法”，参照铁路振动评价量提出了以VLzmax评价城市快速轨道交通环境振动的建议。
关键词:振动与波;轨道交通;振动评价量随着我国经济的发展与城市化的进程，我国城市快速轨道交通得到了迅速发展。
城市轨道交通以快速、安全、准时及环保的优势得到了社会各界的共识，我国已有近20个城市已经运行，或正在建设，或规划建设城市快速轨道交通工程。
但是城市轨道交通也产生了一定的环境影响，其中地面及高架线路以噪声影响为主，地下线路则以振动影响为主。
市区内地下轨道交通的振动环境影响一直是各界关注的问题，其中振动影响的评价量、振动影响的程度及振动影响的防护措施是当前环保工作者关心的问题，现就城市快速轨道交通振动环境影响特征与振动评价量的选择进行了探讨。
1“振动评价量”的现状目前国内城市快速轨道交通建设项目环境管理中尚无规定正式的振动评价量，涉及到城市轨道交通的振动环境影响的评价量及测量量现状如下。
1.1 建设项目环境保护竣工验收中的评价量国家环保总局环境影响评价管理司在组织编写的《建设项目竣工环境保护验收培训教材》[1]中，提出参照铁路振动评价量VLzmax作为城市快速轨道交通振动验收的评价量。
同时考虑到由于铁路列车通行时有客货列车之分、空载与重载之分、上行与下行之分，而城市快速轨道交通列车运行主要为上行与下行之分，且运行时间具有周期性，与铁路列车运行相比较更有规律性，因此教材中进一步明确可将铁路列车通过20次读数的算术平均值优化为5次轨道交通列车通过时的算术平均值。
1.2 建设项目环境影响评价中的评价量在目前的城市快速轨道交通振动环境影响评价中评价量的选择有两种方法，即列车通过时的环境振动最大值VLzmax或环境振动的VLZ10。
城市轨道交通引起的振动测试分析及数值模拟的开题报告
城市轨道交通引起的振动测试分析及数值模拟的开题报告题目：城市轨道交通引起的振动测试分析及数值模拟一、选题背景和意义：城市轨道交通是现代城市交通的重要组成部分，其建设为城市居民的出行提供了便利。
但是，城市轨道交通的运行会引起周围环境的振动，如建筑物、地铁站台等受到的振动影响可能会对周围居民的生活和健康造成影响。
因此，轨道交通引起的振动问题备受关注。
针对城市轨道交通引起的振动问题，国内外学者和工程师们进行了大量的研究。
他们通过实测、数值模拟等方法对城市轨道交通引起的振动进行研究，希望能够掌握城市轨道交通振动的特点和规律，从而制定相应的振动控制措施。
因此，本文将从实测和数值模拟两个方面入手，研究城市轨道交通引起的振动问题，为振动控制措施的制定提供参考。
二、研究内容和思路：1. 实测方法研究利用振动测试仪在城市轨道交通附近的建筑物、地铁站台等位置进行振动测试，获得城市轨道交通振动数据，并进行统计和分析。
同时，利用声学测试仪器测量噪声等物理参数，探讨城市轨道交通振动和噪声的相互作用。
2. 数值模拟研究基于有限元方法，建立城市轨道交通车辆和轨道、地基系统的三维数值模型，考虑地基和轨道的非线性特性、车辆的非线性特性和速度变化等因素，模拟城市轨道交通的运行过程，分析振动特征和影响因素。
3. 综合分析与振动控制方案通过将实测和数值模拟的结果进行对比、分析和综合，得出城市轨道交通引起的振动特点和规律，为制定振动控制方案提供参考。
三、论文结构和进度安排：1. 前面绪论：介绍研究背景、现状与问题，阐述选题的研究意义及研究现代方法，明确研究思路和方法途径。
2. 第二章实测方法研究：2.1 实验方案设计：包括测试地点的选择、测试仪器的选择与放置等内容。
2.2 实验数据处理：包括数据采集、去噪、滤波等过程。
2.3 实验数据分析：包括振动特点统计分析、噪声特点统计分析等内容。
3. 第三章数值模拟研究：3.1 建模过程和模型设计3.2 设备和材料的选择和处理3.3 系统边界和边界条件的定义3.4 运动和结构分析的数值模拟4. 综合分析与振动控制方案：4.1 通过实测和数值模拟结果进行比较分析4.2 城市轨道交通振动控制方案的制定5. 结论和展望：5.1 研究结论总结5.2 研究存在的不足和改进方向在第二章、第三章的实验和模拟研究需要进行分别三个月和四个月的时间，第四章的分析和控制方案设计也需要两个月的时间，最后结论和展望一章也仅需一个月的时间。
高架轨道交通环境振动特性的实测研究
测试 、 分析和评价过程中所用指标主要有 ：
的实际振动状态。通过对 实测结 果 的处理 分析 ， 便 可 获得振动在传播衰减等 方面 的统计特 性 ， 为后 续研究 提供有效 、 可靠的依 据。
（ １ ） 振动加速度峰值 ｔ ｔ ｒ ａ ａ ｘ 及有效值 口 一。
（ ２ ） 振动频率． 厂 。 （ ３ ） 振动加速度级 Ｖ Ａ Ｌ和振动级 Ｖ Ｌ 。
究很少… 。现场 实测 是 研究 轨道 交 通环 境振 动 的重 要手 段 ， 它 能够客 观 、 全 面 地反 映介 质在 列车 动载 下
测试仪 器 为 “ Ｓ Ｖ Ｓ Ａ结 构振 动 信 号 采集 、 分 析 系 统” 及压 电式 加 速度传 感器 。测试 时 ， 同时 记 录高 架
线路各测点三个方 向上的振动加速度 。
的一个突 出问题。
本文通过对轨道交通高架线 路进行 现场 实测 ， 分 别在高架桥结构及 自由场 地上布置测点 ， 研究 了线路 运行所产生 的垂 向、 水平纵 向以及水平横 向振 动在 强 度、 频 谱及 衰减 方面 的特性 ； 计 算 了线路 周边 的地 面
振动级 ， 并依据现行标准 进行 了评 价。本 文研 究对认
由图 ６可知 ， 预 应力 损失发 生在第 一 、 第 二 阶段 ，
考虑 。
因此科学确定 第二 段 与第 三段 的 时 间界 限点 尤为关 键 。对 ６条曲线 的时间界 限点进 行统 计分析 ， 经验 证 界 限点服从 ｔ 分布 。取保 证率 为 ９ ５ ％时， 求得 第一 界 限点 的置信 区间为 ７ ０ ． ７ ８～７ ８ ． ２ １ ｈ ， 第 二界 限点 的置
标准对垂向振动进行了评价。研究对认识和解决城市轨道交通建设发展中面临的环境振动问题提供了可靠的数
城市轨道交通引起的地面振动实测与分析
城市轨道交通引起的地面振动实测与分析孙麒云;张鹤年【摘要】随着社会经济的发展和人民生活质量的提高,振动对环境的影响已经引起了越来越多的关注.通过对南京轨道交通1号线以及南延线上的3种不同线路形式引起的地面振动的实测,分析研究了其振动特性及其传播规律,结论表明:城市轨道交通引起的地面振动的强度主要由测点到轨道中心的水平距离决定,且在离轨道中心一定距离范围内,存在一个振动放大区；并从这3种不同的线路形式的对比中得知,地面线和地下线衰减规律相似,而高架线振动强度衰减的最快.文章还对地面振动实测资料进行评价分析,为评估地铁运营诱发的环境振动提供参考.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2011(000)007【总页数】4页(P98-101)【关键词】轨道交通；振动实测；传播规律；评价分析【作者】孙麒云;张鹤年【作者单位】南京工业大学交通学院，南京210009;东南大学建筑学院，南京210096【正文语种】中文【中图分类】U239.5随着现代城市规模的日益扩大,轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠等特点,成为解决城市交通的重要手段。
但由此引起的振动对大都市生活环境和工作环境的影响也引起了人们的普遍关注。
国际上已把振动列为七大环境公害之一,并已开始着手研究振动污染的规律、振动产生的原因、传播的路径与控制方法以及对人体的危害等问题[1～10]。
目前,关于轨道交通引起的环境振动的研究方法主要有以下3种:(1)理论分析。
目前这方面的研究主要是：振源、结构及地层响应的整体分析和控制方法、振动标准。
(2)数值模拟。
建立研究体系的动力学模型,得到模型的动力学方程,采用数值方法求解方程得到整个模型的响应。
(3)现场实测。
对此方面的研究有重大的理论和现实意义,但目前此研究较少,其成果主要为相应的理论分析提供根据、印证理论模型的正确性、为评估地铁诱发的环境振动提供依据。
对轨道交通振动影响的研究,还缺乏相关的测试数据,仍有许多问题需待研究和解决。
城市轨道交通的振动和噪声对环境的影响及其对策Microsoft Word 文档
摘要分析了通过现场测试的上海轨道交通振动与噪声的影响程度,以及不同轨道结构与桥梁及声屏障的减振降噪效果。
从车辆、桥梁结构、轨道结构与管理、声屏障等方面,提出了城市轨道交通减振降噪的综合技术措施。
关键词城市轨道交通,环境影响,振动,噪声控制轨道交通由于轮轨接触、车辆设备(受电弓、电机、空调等) 等产生的振动和噪声对周围环境产生一定的影响。
随着人们生活水平的提高,对环境要求也越来越高。
城市轨道交通要走可持续发展的道路,在解决好交通的同时也要确保良好的生活环境。
本文通过对上海既有轨道交通线路的振动和噪声进行测试,收集了国内外有关资料,分析其对环境的影响程度,提出了车辆、桥梁、轨道结构、声屏障及轨道管理等方面的减振降噪措施。
1 轨道交通的振动测试结果及分析1. 1 振动的产生与传播机理城市轨道交通在运营过程中,列车车轮与钢轨之间产生撞击振动,经过轨枕、道床,传递至隧道或桥梁基础,再传递给地面,从而对周围区域产生振动,并进一步传播到周围建筑物。
这种振动干扰不仅对地铁沿线民宅、学校、医院等环境产生不良影响,而且可能对沿线基础较差的建筑物造成损害。
振动波在土介质中的传递过程,其作用机理及传播特性与地震基本相同。
这些振动波遇到自由界面时,在一定条件下重新组合,形成一种弹性表面波,随着离振源距离的不同,它们之间的能量也在改变,同时传播速度、衰减率也为距离的函数。
根据振动传播理论,振动从地面进入建筑物,不同结构建筑物其振动衰减也不同。
1. 2 振动测试结果表1 上海地铁1 号线的振动测试结果。
1. 3 测试结果分析结合振动的产生和传播机理来分析上述振动测试结果,可以看出:(1) 上海软粘土埋深10 m 左右地下线路中心处最大振级在75～80 dB表1 北京地铁沿线地面建筑物的振动测试资料[ 1 ](2) 矩形隧道结构DT Ⅲ 扣件道床振动加速度水平(94. 96 dB) 远小于盾构隧道结构DT Ⅲ 扣件道床振动加速度水平(105. 11 dB)(3) 扣件类型对地面建筑物振动影响明显,减振型钢轨扣件的减振效果比较明显。
高架地铁列车环境振动传播规律的数值模拟
高架地铁列车环境振动传播规律的数值模拟张辰辰;钱振东;张晓春【摘要】To study the environment vibration and its effect on surrounding soil and structures around,a 31-degree freedom vibration model of metro vehicle and a three-dimensional finite element model of bridges-soil-building were proposed.First,the track irregularities were simulated by the trigonometric series method.A vertical vehicle-track coupling model was developed and the time-history loads of metro vehicle wasobtained.Then,a three-dimensional finite element model of bridges-soil-building was set up and the time-history loads were utilized to analyze the effect of accelerate parameters on the key points in ground and buildings.The calculation results were analyzed by the spectral analysis method,and the power spectrum functions of the key points were obrained.The results of this study show that the environment vibration on the ground has significant directionality characteristic,and vertical vibration plays a dominant role.The horizontal vibration becomes a major concern in the high-rise building above 12-storey.The high frequency vibration component above 10 Hz attenuates faster than the component below 10 Hz.The vibration in the area 30 m away from the line is mainly of the low frequency.%为研究地铁诱发的环境振动在周围土体和邻近建筑物内的传播规律,建立了31自由度地铁车辆模型以及桥梁-土体-建筑三维有限元模型,并进行了数值研究.首先,通过三角级数法获得可靠的轨道不平顺谱,建立车辆-轨道动力学模型,得到车辆随机振动荷载时程谱;然后,将荷载时程谱加载到桥梁-土体-建筑三维有限元模型上,计算得到周围土体和临近建筑内关键点位的振动幅值,并对计算结果进行频谱分析,获得各点的振动功率谱函数.研究结果表明:地铁环境振动在地面上的传播存在明显的方向性,竖向振动占主导地位;高层建筑12层以上部分需重点考虑水平面上的振动;传播过程中10 Hz以上的高频振动衰减较快,距轨道中心30 m以外的环境振动以低频振动为主.【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(043)004【总页数】5页(P863-867)【关键词】环境振动;轨道不平顺;动荷载;功率谱【作者】张辰辰;钱振东;张晓春【作者单位】东南大学智能交通运输系统研究中心,南京210096;东南大学智能交通运输系统研究中心,南京210096;东南大学智能交通运输系统研究中心,南京210096【正文语种】中文【中图分类】U260.11地铁车辆在高架轨道上运行诱发的环境振动传播涉及车辆、轨道、桥梁、土体以及建筑等.而由此引起的各个子系统及其耦合的振动响应极其复杂［1］，其中车辆模型的自由度数直接影响了计算精度.随着车辆动力学研究的不断深入［2］，对反映车体各组成部分真实运动情况的多自由度车辆模型进行仿真计算，可靠性更高.仅当建筑物长轴与轨道方向大致平行时，地铁环境振动作用下的建筑物响应方可简化为二维情况进行分析，而实际情况中极难满足这一要求.张弥等［3］利用二维有限元模型对高架轨道交通引起的环境振动进行了理论分析；蒋通等［4］将现场实测数据与二维数值模拟分析结果进行了对比；宋子威［5］采用周期变化的荷载列车模型，研究了轻轨列车通过高架桥梁引起的周围土体振动.为深入研究地铁列车环境振动的传播规律，针对南京市地铁一号线高架段，建立了一种较为精确的31自由度车辆模型.首先，考虑轨道不平整度，通过车辆-轨道系统动力学计算，获得了较为精确的列车随机振动荷载.然后，将该荷载加载到桥梁-土体-建筑三维有限元模型中，对高架地铁列车运行诱发的环境振动传播进行数值模拟，得到周围土体和临近建筑内关键点位的振动加速度、速度以及位移幅值.最后，对计算结果进行频谱分析，获得各点的振动功率谱函数，据此研究地铁环境振动在周围土体及建筑内的传播规律.1 随机振动荷载谱将轨道不平顺作为机车车辆系统外部随机激励，考虑方向不平顺、水平不平顺和高低不平顺，采用精度较高的三角级数法［6］，生成轨道不平顺谱.以车辆-轨道系统动力学模型为基础，分析动荷载作用下列车车辆的随机振动响应，获得列车随机振动荷载，为数值计算分析提供时域分析的荷载谱.地铁车辆的机车和客车均为4轴车.每节车厢由车体、前后2个转向架以及4个轮对组成.车体和转向架考虑横摆、浮沉、侧滚、摇头和点头5个自由度；车轮考虑横摆、浮沉、侧滚和摇头4个自由度.整个车辆共有31个自由度.本文研究的列车车辆为B型车［7］.列车的主要计算参数如下:轮对质量为3 t，车体质量为11 t，转向架质量为4.5 t，载重为12 t；车体重心距轨面高1.42 m，转向架重心距轨面高0.62 m，轮对重心距轨面高0.42 m；一系弹簧垂向刚度为1.25 MN/m，垂向阻尼系数为0.1 MN·s/m；二系弹簧垂向刚度为0.25 MN/m，垂向阻尼系数为0.1 MN·s/m；车厢长度为20 m，车辆定距为12.6 m，轮距为2.2 m；车速为20 m/s.将列车荷载的随机振动作用考虑成轮轴荷载在无限长轨道上移动所引发的振动问题，即一个振幅随时间变化的移动荷载以一定速度在无限长的轨道结构上移动的基本力学模型［8］.车辆的运动方程可表示为矩阵形式，车辆振动荷载P为式中，M，C，K，u分别为车辆系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和位移列向量.根据式(1)可计算得到各个车轮的轮轨力荷载的时程曲线.图1给出了某列车车辆的第1轮对轮轨力荷载的时程曲线.图1 第1轮对轮轨力荷载的时程曲线2 三维数值模型南京地铁一号线中华门-安德门段高架沿线的地质材料参数见表 1［9］.根据陈国兴等［10］对南京及周边区域土体阻尼比的研究结果，土体结构的阻尼比ξ=0.05，瑞利阻尼系数为α=0.572，β=0.005.表1 地质材料参数深度/m 土质弹性模量/MPa 泊松比密度/(kg·m－3) 黏聚力/kPa 摩擦角/(o )18.081～23.398 粉质黏土 6.64 0.35 1990 20.919.39.257～18.081 淤泥质粉质黏土 5.72 0.35 1726 10.2 18.22.557～9.257 粉土-粉砂11.48 0.30 1883 9.7 28.40～2.557 素填土 7.41 0.30 2005 21.024.1建模范围如下:沿列车行进方向取120 m，水平垂直桥梁中心两侧各取100 m.计算时假定二维散射波场为柱面波，边界条件采用黏-弹性人工边界条件［11］.假设数值模拟采用的桥梁结构和建筑结构均为弹性材料.建模坐标系采用笛卡儿直角坐标系，X轴为高架桥轴线方向，Y轴为水平面上垂直高架轴线方向，Z轴为竖直方向.由此建立的三维有限元模型如图2所示.图2 桥梁及地面建筑结构的三维有限元模型桥梁与框架结构的间距为10 m，桥梁采用4×20 m的连续梁桥，桥梁主梁截面的惯性矩为3.43 m4，高1.5 m，宽12.2 m.桥墩高10 m，桥墩截面取矩形2m×1.2 m.桩长20 m，桩取2个直径为1.3 m的桩基.主梁及桩基采用C50混凝土，弹性模量34.5 GPa，其他构件采用C30混凝土，弹性模量为30.0 GPa，密度统一取为2700 kg/m3.以18层的钢筋混凝土框架结构建筑物为例，建立如图3所示的建筑结构计算模型.桥梁高度为10 m，框架柱尺寸为1000 mm×1000 mm，外框架梁尺寸为400 mm×600 mm，内框架梁尺寸为500 mm×800 mm，次梁尺寸为300mm×500 mm，筒体墙厚300 mm，楼面板厚200 mm.楼板采用C30混凝土，弹性模量为30.0 GPa，其他构件采用C40混凝土，弹性模量为32.5 GPa，密度统一取为2700 kg/m3.建筑物基础采用与框架柱对应的桩基础，材料参数与框架柱相同.建筑离桥梁中轴线10 m.图3 建筑框架结构的平面示意图(单位:m)列车通过导致地面建筑振动的持续时间大约为10 s.故本文数值计算的计算时间为10 s，列车运行速度为20 m/s.3 模拟结果及分析3.1 幅值分析地铁列车按6节编组，将图1所示的列车随机振动荷载加载到如图2所示的三维有限元模型中，计算高架沿线地面以及建筑物各楼层由于环境振动诱发的位移、速度以及加速度时程曲线.地铁运行引起的地面振动加速度、速度及位移峰值的数量级分别为 10－3，10－4和10－5m.图4为距离高架桥中心线10 m处地面点X，Y，Z方向的加速度时程曲线.图4 加速度时程曲线根据ISO2631-1标准［12］中推荐的振动加速度振级评价换算公式，振动加速度级La为式中，a为振动加速度，m/s2；a0为加速度基准值，且a0=1×10－6m/s2.对列车环境振动加速度进行换算，得到各地面点振级(见图5).建筑距离轨道线路最近处各楼层的振级见图6.图5 地面加速度振级随距离变化图图6 楼板振动加速度振级随楼层数变化图由图4和图5可知，列车运行诱发的环境振动具有明显的方向性，竖直方向振动强度明显大于其他2个方向，地面上的环境振动主要以竖直方向为主.水平面上的振动加速度和速度也有方向性，距高架中心线30 m以内，垂直高架中心线方向的振动小于沿高架线方向的振动，而超过50 m之后则相反.此外，随着地面点距轨道中心线距离d的增加，X，Z方向上的加速度振级逐渐减小，但在40～60 m左右存在一个明显的放大区.而Y方向上的加速度振级最大值出现在离轨道中心线约10 m处，比轨道正下方地面点(距轨道中心线0 m处)处加速度振级的最大值高出约10 dB；地面点距轨道中心线距离超过10 m后，Y方向上的振动加速度随距离增加而缓慢降低.由图6可知，随距轨道中心线距离的增大，建筑内各层的加速度振级在X，Y，Z 方向上均减小.在Y坐标相同的情况下，建筑内X方向加速度振级随楼层数的增加先减小后增大，转折点基本在第4层至中间层之间；建筑内Y方向加速度振级随楼层数的增加而增大；建筑内Z方向加速度振级随楼层数的增加基本保持不变. 在12层以下，建筑内的环境振动主要以竖向振动为主.但随楼层数的增加，水平面上的振动持续增大，12层以上建筑物振动的主要形式为沿轨道轴向振动.在高层建筑中，环境振动超过70 dB时，需要采取适当的隔振措施.计算结果表明，距离轨道中心1 m处地表的Z方向振级约为72 dB，距轨道中心10 m处建筑内的Z方向振级约为68 dB.而地质条件较为相似的上海地铁现场测试表明［13］，距离地铁线路中心1 m处钢筋混凝土结构的振动水平为65.6～73.6 dB.故可认为本文建立的模型比较可靠，计算结果可以作为环境振动水平评价的依据.3.2 频域分析在对振动加速度的幅值进行分析时，主要给出了振动加速度最大值与时间的关系.然而，在工程实际中，往往需要知道振动激励包含的频率信息，可根据功率谱密度对随机激励进行频率分析.根据维纳-欣钦定理［14］，零均值平稳离散时间随机信号的自相关函数与其功率谱密度是一组离散傅里叶变换对.经变换处理后，距轨道中心线距离d=0，5，10，20，40，60 m处地面点的Z 方向加速度功率谱见图7.由图7可知，列车引起的环境振动中，10 Hz以上的高频部分随着距轨道距离的增加而迅速衰减，分析距轨道线30 m以外的建筑振动时可仅考虑1～10 Hz的低频振动.图7 地面点Z方向加速度功率谱地表体波和瑞利波衰减速度不同而引起的振动叠加效应会导致不同频率的振动存在不同的放大区.对于1～3 Hz的低频振动加速度，尽管幅值大小不同，但X，Y，Z 方向上的振动加速度均在0，30，60 m附近出现了放大区；对于5～6 Hz的中频振动加速度，只有0和30 m二个放大区.建筑与地铁中心线最小距离为10 m，该处建筑的Z方向振级约为68 dB，而《城市区域环境振动标准》［15］中规定的居民区夜间环境振动Z方向振级限值为67 dB.由此表明，该建筑的实际振动强度超过国家标准中的限值，地铁环境振动对建筑内敏感人群的休息存在一定影响.4 结论1)地铁列车在地表面上产生的振动幅值具有明显的方向性，主要以竖直方向的振动为主，X，Y方向上的振动振级量值相对较小，且衰减较快.在没有特殊要求的情况下，分析地铁列车在地表面上产生的振动影响时，仅考虑竖直方向的振动是可行的.2)随着与高架中心线距离的增大，地铁沿线建筑内各层在X，Y，Z方向上的加速度振级均减小.对于某一特定建筑，环境振动在低层建筑内主要以竖向振动为主.但在高层建筑内，随楼层的增加，水平面上的振动强度持续增大；对于建筑内12层以上的楼层，沿轨道的轴向振动超过竖向振动，成为最主要的振动形式.3)研究距轨道线路30 m以外的环境振动对人体影响时，可仅考虑1～10 Hz的低频部分，并需要考虑振动放大区的存在，为振动放大区内建筑设置必要的减振设施.其中，1～3 Hz的低频振动加速度在0，30，60 m附近出现放大区；5～6 Hz的中频振动加速度只在0和30 m附近出现放大区.参考文献(References)［1］夏禾.车辆与结构动力相互作用［M］.北京:科学出版社，2005:127-129. ［2］翟婉明.车辆-轨道耦合动力学［M］.3版.北京:科学出版社，2007:73-79. ［3］张弥，夏禾，冯爱军.轻轨列车和高架桥梁系统的动力响应分析［J］.北方交通大学学报，1994，18(1):1-8.Zhang Mi，Xia He，Feng Aijun.Dynamic responses of light-rail train and viaduct bridge system［J］.Journal of Northern Jiaotong University，1994，18(1):1-8.(in Chinese)［4］蒋通，张昕.高架轨道交通引起环境振动的实测与数值模拟［J］.同济大学学报，2004，32(5):565-569.Jiang Tong，Zhang Xin.In situ experimental and numerical predictions of environmental vibration by urban viaduct rail transit［J］.Journal of Tongji University，2004，32(5):565-569.(in Chinese) ［5］宋子威.轻轨列车通过高架桥梁引起的周围土体振动研究［D］.成都:西南交通大学土木学院，2008.［6］许昭鑫.随机振动［M］.北京:高等教育出版社，1990:56-64.［7］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 7928—2003地铁车辆通用技术条件［S］.北京:中国标准出版社，2003.［8］Lei X.Analyses of dynamic response of vehicle and track coupling system with random irregularity of track vertical profile［J］.Journal of Sound and 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高架轨道交通对周围环境的振动影响的开题报告
高架轨道交通对周围环境的振动影响的开题报告一、研究背景和意义高架轨道交通作为城市现代化交通重要组成部分，其运营过程中会产生振动，对周边环境产生持续性的影响，如噪音、地震、倒塌等问题。
尽管许多相关领域的学者们已就此展开过探讨，但研究结果却存在争议和不确定性。
因此，深入探究高架轨道交通对周边环境振动影响的成因、特征以及其评价与控制具有重要的科学意义和实践价值，可为城市高架轨道交通的正常运营及相应的开发与规划提供科学依据。
二、研究内容与方法1.研究内容（1）高架轨道交通振动特征与成因分析；（2）高架轨道交通振动对周边环境的影响；（3）高架轨道交通振动评价与控制。
2. 研究方法（1）桌面研究：查阅相关文献资料进行振动特征与成因、环境影响、评价与控制等研究；（2）试验研究：结合实际工程，开展振动评价与控制相关试验；（3）数值模拟研究：利用ANSYS等有限元软件建立高架轨道交通及周边环境的数值模型，开展振动特性、评价与控制的数值计算。
三、研究预期结果通过研究，可以得出以下预期结果：（1）深入了解高架轨道交通振动特性和成因，进一步提高高架轨道交通设计水平和施工科技水平；（2）明确高架轨道交通振动对周围环境的影响，为衡量其环境影响提供基础数据；（3）探究高架轨道交通振动的评价和控制方法，为高架轨道交通运营、改造以及新线建设提供基础数据和技术保障。
四、研究的实际意义高架轨道交通的持续发展与城市现代化紧密相关，研究纵深推进高架轨道交通的技术创新、开发和规划具有现实实际意义。
通过深入探究高架轨道交通对周边环境振动影响的成因、特征以及其评价与控制，不仅有助于为提高高架轨道交通的设计和施工质量提供科学依据，还将为环境保护和可持续发展提供具体措施，为保障城市交通安全和舒适度作出应有的贡献。
用薄层法分析高架轨道交通引发的环境振动
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级 的统 计 回归公式 。
引 言
本文利 用 文 献 ［ ，６ 建 立 的 车 辆一 梁 体 系振 ５ ］ 桥
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随着 中 国轨 道交 通 的迅 速 发展 ， 道交 通 引 发 轨
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理 也 是 一 个 很 复 杂 的 问题 。 由 于 轨 道 交 通 引 起 的 地
１ 分 析 方 法
高 架 轨道 交 通 引 起 环 境 振 动 的分 析 涉 及 到 车 辆、 桥梁 、 架结 构 、 支 基础 和地基 组成 的复杂 体系 ， 如 图 １ 示。 所 本文将 总体 分析模 型分解 为 车一 桥体 系的
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第 ２ Ｏ卷 第 ６ 期 ２０ ０ ７年 ｌ ２月
Ｖ ｏ１ ２ ｏ． ． ０Ｎ 交通 引发 的环 境振 动
蒋 通 ，程 昌熟
（ 济大 学 结 构 工 程 与 防灾 研 究 所 ， 海 ２ ０ ９ ） 同 上 ００ ２
子结 构 １ 和基础 一 地基 的子 结构 ２ 别求解 。 分 由子结 构 １可算得 列车通 过时作 用在 轨道 梁支架顶 部 的动
基 振 动微小 ， 其变形 一般在 线 弹性 范 围 内， 可采 用 故 计 算规模 和 时间相对 较小 的半解 析半 数值 的薄层 法
模 拟层 状地 基 。 薄层 法在处理 层 状介质 动力 问题 时 ， 可大 量地节 省计算 时 间， 且形式 简 洁 ， 常适合 于 并 非 分 析层 状介 质与结 构 的动力相 互作 用 问题Ｅ 。传 统 ｚ ］
高架轨道交通引起的环境振动对人体舒适度的影响研究的开题报告
高架轨道交通引起的环境振动对人体舒适度的影响研究的开题报告一、选题背景和意义随着城市化的进程加快，城市交通问题日益凸显。
高架轨道交通作为一种高效、快捷的交通方式，是城市交通建设的重要组成部分。
然而，高架轨道交通运营引起的环境振动可能会对周边居民的生活和健康产生不良影响，如睡眠障碍、头痛、心血管疾病等。
因此，开展高架轨道交通引起的环境振动对人体舒适度的影响研究，对于提高城市交通建设的科学性、合理性和可持续性具有重要意义。
二、研究目的和内容本研究旨在探讨高架轨道交通引起的环境振动对人体舒适度的影响，并提出相关的改善建议。
具体内容如下：1. 文献综述：回顾国内外高架轨道交通引起的环境振动研究现状，总结已有研究成果，明确研究的空白和不足。
2. 实验设计：选取典型高架轨道交通运营场所和采用合适的传感器，对周边居民生活区进行环境振动实验，以获取环境振动的基本数据。
3. 数据分析：对实验数据进行处理分析，探讨高架轨道交通引起的环境振动对人体舒适度的影响，如频率、振幅、持续时间等因素。
4. 结果展示：通过图表等形式展示实验结果，分析不同振动条件下的舒适度差异，为制定相关政策和规范提供科学依据。
5. 建议提出：根据实验结果和分析，提出相关改善建议，以减少高架轨道交通引起的环境振动对人体舒适度的影响，保障周边居民的健康和安全。
三、研究方法和技术路线本研究采用实验研究方法，首先选取典型高架轨道交通运营场所，并采用合适的传感器对周边居民生活区进行环境振动实验，收集环境振动数据。
然后对实验数据进行处理分析，探讨高架轨道交通引起的环境振动对人体舒适度的影响，并提出相关改善建议。
研究技术路线如下：1. 文献综述：回顾国内外高架轨道交通引起的环境振动研究现状，总结已有研究成果，明确研究的空白和不足。
2. 实验设计：选取合适的高架轨道交通运营场所和传感器，对周边居民生活区进行环境振动实验。
3. 数据采集：采集实验数据，如振动频率、振幅、持续时间等。
城市轨道交通高架线路减振降噪措施研究
城市轨道交通高架线路减振降噪措施研究摘要：城市轨道交通运营中噪声投诉事件频发，既有高架线路也面临减振降噪的迫切需求。
本文以天津地铁9号线中山门至东兴路区间为例，提出线路精调、钢轨打磨、更换轨下橡胶垫板、线路两侧加装声屏障、列车限速通行等措施，减振降噪效果均不理想。
通过“降能”—改造FTS压缩性减振扣件和“抑振”—钢梁涂覆阻尼材料，较好地降低了列车振动及噪声。
关键词：城市轨道交通，高架线路，减振降噪我国城市轨道交通已进入高速发展期，地铁在满足人民便捷出行的同时，也给沿线居民和建筑物带来了振动和噪声的环境污染。
随着人们对生活质量的提高及环保意识的增强，地铁运营中产生的噪声与振动投诉事件越来越频繁。
控制地铁运营噪声已成为运营单位亟待研究解决的重要问题。
1 工程背景高架线路噪声主要来源于轮轨噪声和结构噪声。
钢轨和车轮之间摩擦、轨道振动是产生轮轨噪声的主要原因，其产生的噪声原理是在车轮与轨道接触力的作用下产生刺耳的摩擦噪声，以及车轮对轨道产生的振动声波向外辐射出轰鸣噪声。
地铁列车运行产生的轮轨噪声大小和列车运行速度、轨道系统结构、质量等紧密相关，严重时可达到90dB [1]。
当列车通过高架线时，列车引起的振动传递给桥梁结构及其他桥梁附属构件和声屏障，其引起振动并向四周辐射噪声，即结构噪声。
桥梁结构辐射噪声以低频噪声为主，其传播距离比高频噪声更远，传播范围更广且衰减更慢[2]。
天津地铁9号线中山门-东兴路区间高架桥梁段位于津塘公路正上方，结构形式为2联6跨连续钢梁。
线路结构为小半径曲线，曲线半径400m。
道床为普通支承块式整体道床，扣件类型为WJ-2型，均无减振降噪效果。
地铁北侧邻近居民区，人口密集，楼房距地铁最近垂直距离约为40m。
此区段噪声投诉较为频繁。
经检测，投诉小区楼下点位夜间列车运行噪音为69.4dB，已超出标准值55dB要求。
2 原因分析鉴于噪声投诉问题，运营工务维保部门已陆续采取了线路精调、钢轨打磨、更换轨下橡胶垫板、线路两侧加装单面穿孔铝板和吸声棉式声屏障、列车限速通行等多种整治措施，均未起到良好的减振降噪效果。
城市轨道交通产生的环境振动问题
城市轨道交通产生的环境振动问题[ 作者：| 来源：| 时间：2005-11-4 22:16:50 ]摘要：城市轨道交通对周边环境的振动影响正引起人们的普遍关注，本文从上海磁悬浮线路现场实测资料出发，分析研究了轨道交通系统引起环境振动实况及振动传播规律，并提出相应的减振措施。
关键词：城市轨道交通环境振动1 引言随着现代工业的迅速发展，城市轨道交通产生的环境振动问题引起了人们的普遍注意，在西方发达国家，已把振动列为七大环境公害之一。
城市的环境振动除了会影响精密仪器设备的使用，对历史古迹建筑物造成损害以外，还会有损人体健康，给人们的工作和日常生活带来极大的不利影响。
在国内，由于城市轨道交通建设起步较晚，故关于城市轨道交通引起的环境振动问题研究较少。
80年代中后期，我国曾对4个城市的铁路环境振动做过现场实测[1],初步了解了铁路沿线居民区受列车运行引起的环境振动污染状况，并于1988年制定了《城市区域环境振动标准》[2]。
进入21世纪，我国城市轨道交通建设进入快速发展阶段，国内不少科研单位已开始结合北京、上海、广州等大城市修建地铁、轻轨交通系统时车辆引起的环境振动问题进行相关研究，并取得了初步的研究成果。
本文以上海磁悬浮列车现场振动实测数据为基础进行相关分析研究。
2 上海磁悬浮列车引起的环境振动现场实测磁悬浮列车是一种新型的方便快捷的轨道交通方式，具有经济、快速、安全、舒适的特点，最高时速可达505千米，此前世界上仅有德国和日本有试验线。
2002年12月31日举世瞩目的上海磁悬浮列车示范线首次试运行，它是世界上第一条投入商业运营的磁浮列车线，运行全程线路总长31.17千米，单向运行时间约8分钟。
磁悬浮列车示范线西起上海地铁2号线龙阳路车站南侧，东到浦东国际机场一期航站楼东侧，设计时速和运行时速分别为505千米和430千米，总投资89亿人民币。
2003年1月12日、19日，对上海磁悬浮线路的振动情况进行了两次测试，测试场地分别选在线路弯道处和直线路段，弯道处列车运行速度较低而直线段列车速度较高。
高架轨道交通引起环境振动的实测与数值模拟
高架轨道交通引起环境振动的实测与数值模拟摘要:从现场实测和数值模拟2个方面分析研究上海高架轨道交通明珠线引起的环境振动实况、发生机理及振动传播规律.根据实测资料提出了预测明珠线引起环境振动振级的统计回归公式.建立了车-桥子结构和框架-地基基础子结构2个体系的分析模型及计算方法.计算了典型区段在列车通过时引起的沿线环境振动.数值模拟分析结果表明，用提出的分析模型和计算方法算得的环境振动振级与统计回归公式符合较好关键词:城市高架轨道交通;振动实测;车-桥体系振动分析;土-结构动相互作用我国第一条城市高架轨道交通线―――明珠线已在上海建成并投入运行.城市轨道交通引起的环境振动是一种新的城市公害.城市的环境振动除了会影响人体健康，干扰人们的正常生活及降低工作效率外，还会影响精密设备和仪器的正常使用，严重者甚至会对老旧建筑物造成损伤.城市轨道交通的建设在我国起步较晚，故关于城市轨道交通引起环境振动的实测和理论分析研究较少.20世纪80年代中期，我国曾对4个城市的铁路交通引起的环境振动实况进行过实测[1]，并于1988年制定了《城市区域环境振动标准》[2].90年代末，在我国城市轨道交通进入快速发展阶段后，北方交通大学等利用二维有限元模型对高架轨道交通引起的环境振动进行过理论分析[3，4]，但无实测资料印证.笔者从现场实测和数值模拟分析2个方面研究上海高架轨道交通―――明珠线引起的环境振动的实况、发生机理及振动传播规律.1 高架轨道交通引起环境振动的现场实测在明珠线沿线选择若干振动观测场地及与线路垂直的观测线，在列车通过时对各观测线上诸观测点的地面振动进行了实测.列车通过的车速约为60ｋｍ・ｈ-1.观测仪器为爱华电子研究所生产的ＡＷＡ6256Ａ型压电晶体式环境振动分析仪，使用前与ＡｌｔｕｓＫ2型强震仪进行了同时观测校验，验证了仪器的可靠性.1.1沿线地面振动的实测结果振动加速度测量的典型结果参见图1.图1ａ表示距离明珠线中心0，6，10，16，20ｍ处地面的竖向加速度时程.图1ｂ表示图1ａ加速度时程的傅立叶谱.图1ｃ表示图1ａ加速度时程的振级(Ｖ，ｄＢ)的频率分布，加速度振级的定义根据我国《城市区域环境振动标准》[2]为式中:αω为频率计权加速度有效值，ｍ・ｓ-2;α0为基准加速度值，10-6ｍ·ｓ-2.由图1可见，观测线上各测点的振动加速度、加速度时程的傅里叶谱和1/3倍频程中心频率处的振级随着与中心线距离的增加而衰减，且当频率愈高时衰减愈快.图1ｃ还给出了列车通过前业已存在的环境振动，即高架轨道交通以外的其他振源引起的振动(本文称本底振动)对总的振动振级的影响.由图可见，当频率高于20Ｈｚ或距离Ｒ小于10ｍ时，本底振动的影响很小.这是由于当不存在特定振源时，本底振动的主要频率范围低于20Ｈｚ且强度不大.当有必要考虑本底振动影响评价仅由高架轨道交通引起的环境振动时，在距离线路中心10～20ｍ范围内可根据实测结果将测得的总振级减少0.5～3ｄＢ[5].图2表示对应于不同距离测点1/3倍频程中心频率处的振级的分布情况.实测表明:频率小于16Ｈｚ的振动随距离的衰减很小，其倍距离衰减量约为4ｄＢ.20～25Ｈｚ的振动随距离的衰减较大，其倍距离衰减量约为8ｄＢ.而64Ｈｚ和80Ｈｚ的振动随距离衰减更大，其倍距离衰减量约为8～16ｄＢ.1.2 振级Ｖ的统计回归经验公式根据明珠线沿线约10个观测区段的振动实测结果，振级Ｖ与距明珠线中心距离Ｒ的对数值ｌｏｇＲ的关系接近于线性关系.参照鲍尼兹[6]关于弹性半空间土体在表面扰力作用下地表振动衰减的一般公式及日本国铁技术研究所用于预测铁路高架区间振级的经验公式[7]，对实测数据利用回归方法进行拟合，得到明珠线高架轨道交通沿线地面振动振级经验公式为式中:Ｒ为观测点与线路中心的距离，ｍ.式(2)与实测结果的对比参见图3.由图可见，二者符合良好.2 高架轨道交通引起环境振动的数值模拟分析高架轨道交通引起环境振动的数值分析模型是一复杂的系统，本文将总体分析模型分解为如图4所示的2个子结构分别求解.2.1 总体分析模型的分解如图4所示，将总体分析模型分解为车-桥体系的子结构1和框架-桩基-土体系的子结构2，由子结构1可算得列车过桥时作用在框架顶部的动支座反力，将此动反力作用在子结构2上并考虑框架结构-地基基础的动相互作用，即可算得高架线路沿线任意位置地面的振动.2.2 子结构的分析模型在图5所示的车-桥体系子结构1的振动分析中，考虑了列车轨道不平顺及梁支座弹性的影响.如图所示，每一节车厢假设为刚体并有2个轮对、支承在转向架上由二系弹簧合并成的一系弹簧上.设车厢具有竖向沉浮运动Ｚ和回转点头运动θ这2个自由度.设转向架的间距为Ｓ，第ｉ个车轮至第1个车轮的距离为ｂｉ，列车速度为ｖ，考虑轨道不平顺的条件建立车体运动与转向架运动的关系.本文采用频域法(ＦＤＭ)拟合轨道不平顺功率谱密度函数生成轨道不平顺的样本[5].考虑桥梁支座下设置的减振橡胶垫及框架、桩基和地基土的弹性变形，可建立弹性支座上梁的动平衡方程.利用弹性支承梁的基本振型代替刚性支承梁的基本振型，可求解车-桥结构在列车通过时的响应，进而可算得支座动反力[5].图6所示的框架-桩基-土体系子结构2在支座动反力作用下的地面响应可用有限元法计算.此时必须在土体有限元模型侧面和底面边界设置粘性边界单元，以消除有限元模型边界对土体内传播波的反射.利用粘性边界单元计算了下述土-结构动相互作用经典问题:竖向集中简谐荷载作用下地面位移响应，地表和埋置基础的竖向阻抗函数，桩基的竖向阻抗函数等，并将其与相应的解析解或其他数值解进行对比，确认了粘性边界单元的有效性[5].3 数值模拟计算结果及分析组合上述2个子结构，即可计算明珠线高架轨道交通引起的沿线观察点处的地面振动.3.1 数值计算的模型及分析条件图6表示列车通过3个支承框架时的框架-桩基-地基分析模型，为进行对比还分析计算了列车通过单个支承框架时的情况.图中给出了有限元的分割情况，计算中利用了问题的对称性.标号Ｃ30的框架混凝土柱截面为1.2ｍ×1.4ｍ、高6ｍ.钢筋混凝土灌注桩直径为800ｍｍ、桩长37ｍ、桩的间距为2ｍ，承台尺寸为6ｍ×8ｍ×2ｍ、下设12根桩，承台及桩的混凝土标号为Ｃ25.场地土特性根据上海典型层状地基剖面[8]取用.在有限元模型中，承台及土采用三维实体单元，框架柱及桩采用梁单元.动力荷载Ｐ1(ｔ)，Ｐ2(ｔ)，Ｐ3(ｔ)是根据6车厢的列车通过5跨桥梁的条件算得的3个相邻支座的动反力，它们互有相位差.对单框架的计算模型，仅取单个支座的动反力.明珠线典型区段的钢筋混凝土预应力双孔箱型简支梁参数如下:跨度30ｍ、Ｃ50混凝土、单位长度的质量为17980ｋｇ・ｍ-1、抗弯刚度为100ＧＰａ、阻尼比为0.05.列车参数如下:各轮对质量为2808ｋｇ，空车质量24ｔ、转动惯量1825.2ｔ・ｍ2、载重12.3ｔ(考虑定员的一半).二系弹簧合并后的弹簧刚度为684.909ｋＮ・ｍ-1，阻尼系数314ｋＮ・ｓ・ｍ-1，车厢的长度为22.8ｍ、转向架的间距为15.7ｍ、轮距为2.5ｍ，车速取60ｋｍ・ｈ-1.考虑到高架轨道的桥梁结构与铁路桥梁结构相似，计算中采用铁路预应力混凝土桥梁上的轨面不平顺功率谱密度函数[9]作为高架轨道交通轨道不平顺功率谱密度函数.3.2 数值计算与实测结果的对比图7ａ和ｂ分别表示根据单框架和三框架模型算得的与线路中心线垂直线上不同距离各观察点处地面振动的振级，并与振级经验公式(2)进行比较.图形显示，根据三框架模型算得的结果比单框架模型更接近于公式(2).这是由于三框架模型考虑了相邻框架振动引起的波动对地面振动的影响.当用单框架模型评价离开线路中心线10ｍ以外观察点的振级时，计算结果与经验公式的误差加大.图8ａ和ｂ分别表示单框架和三框架模型算得的1/3倍频程中心频率处的振级随距离的衰减.图形显示，三框架模型的计算结果普遍大于单框架模型计算结果，且算得的沿线地面振动的振级与实测结果接近.因此本文建议的数值分析模型可应用于预测高架轨道交通引起的环境振动振级.3.3 车速和载客量对环境振动的影响利用以上三框架计算模型，分析计算了列车运行速度对沿线环境振动的影响.计算了额定车速60ｋｍ・ｈ-1和假定车速80，100ｋｍ・ｈ-1时沿线振动振级.图9表示车速为60，80，100ｋｍ・ｈ-1时与线路中心线不同距离各观测点处的振级随距离的衰减情况.由图可见，随着车速的提高，振级不断加大，车速每增加20ｋｍ・ｈ-1，振级约增加4ｄＢ.利用同样的计算模型，分析计算了列车载客量对沿线环境振动的影响.计算了定员半数载客量12.3ｔ和满员载客量24.6ｔ两种情况下的沿线振动振级.图10给出了半载和满载时与线路中心线不同距离各观测点处的振级随距离的衰减情况.由图可见，列车载客量对振级的影响很小.4 结论上海市高架轨道交通明珠线引起环境振动的现场实测和数值分析的研究结论如下:(1) 高架轨道交通沿线环境振动的振级随着与线路中心线距离的增大而衰减，振动高频成分的衰减比低频更快.(2) 根据实测结果的统计回归分析，得出了上海高架轨道交通沿线环境振动振级的经验公式，经验公式与实测数据吻合良好.(3) 提出了高架轨道交通引起环境振动的数值模拟模型和计算方法.总体系可分解成车-桥二维子结构模型和框架-桩基础-地基三维子结构模型.(4) 将上述2个子结构结合，对明珠线典型区段沿线的环境振动进行了实例计算.结果表明，三框架模型算得的沿线地面振动振级衰减规律比单框架模型更接近于实测经验公式.该模型可用于预测高架轨道交通引起环境振动的振级.(5) 利用三框架计算模型，分析计算了列车运行速度和载客量对沿线环境振动的影响.计算表明，车速每增加20ｋｍ·ｈ-1，振级约增加4ｄＢ.列车载客量对振级的影响很小.参考文献:[1] 马筠.我国铁路环境振动现状及传播规律[Ｊ].中国环境科学，1987，17(6):70-74.[2] ＧＢ10070―88，城市区域环境振动标准[Ｓ].[3] 张弥，夏禾.轻轨列车高架轨道系统的动力响应分析[Ｊ].北方交通大学学报，1999，18(1):1-8.[4] 于大明，魏芳.轻轨列车作用下的高架桥梁系统振动及其对周围环境的影响[Ｒ].北京:北方交通大学土木建筑系，1996.[5] 张昕.轨道交通引起环境振动的实测和理论研究[Ｄ].上海:同济大学结构工程与防灾研究所，2002.[6] ＢｏｒｎｉｔｚＧ. ｂｅｒｄｉｅＡｕｓｂｒｅｉｔｕｎｇｄｅｒｖｏｎＧｒｏｓｚｋｏｌｂｅｎｍａｓｈｉｎｅｎＥｒｚｅｕｇｔｅｎＢｏｄｅｎｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｅｎｉｎｄｉｅＴｉｅｆｅ[Ｍ].Ｂｅｒｌｉｎ:ＪＳｐｒｉｎｇ，1931.[7] 高木兴一，盐田正纯.环境アセスメント[Ｊ].骚音制御，1996，20(4):242-253.[8] 同济大学结构理论研究所.上海市地震小区划研究报告[Ｒ].上海:同济大学结构理论研究所，1992.[9] 罗林.我国特大桥轨道不平顺功率谱的研究[Ｒ].北京:中国铁道科学研究院，1998.。
地铁运行诱发的环境振动数值模拟与模型预测
摘要：通过建立列车、 轨道、 隧道和地基土三维振动仿真模型， 分析了列车速度、 地基土特性和隧 道埋深 ３个因素对地面环境振动的影响规律， 并与部分实测值进行了比较． 基于回归分析， 提出 了多因素影响下的地面环境振动简化预测模型． 研究表明： 建立的数值模拟方法和预测模型能够 较真实地反映地铁运行引起的地面环境振动的实际情况； 随着列车速度增加， 地面竖向振动加速 度增大， 且距离地铁线路越远， 速度的影响越显著； 距离地铁线路越远、 地基土的卓越周期越大或 隧道埋深越深， 地面竖向振动加速度均越小， 且地基土的卓越周期越大， 振动在地基中的衰减越 快． 关键词：地铁； 环境振动； 有限元； 预测模型 中图分类号：Ｔ Ｕ ４ ４ ３ 文献标志码：Ａ 文章编号： １ ０ ０ １－ ０ ５ ０ ５ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ５ ０ ９ ８ ８ ０ ６
第４ ２卷第 ５期 ２ ０ １ ２学 版 ）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＳ Ｏ Ｕ Ｔ Ｈ Ｅ Ａ Ｓ ＴＵ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅＥ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｖ ｏ ｌ ． ４ ２Ｎ ｏ ． ５ Ｓ ｅ ｐ ｔ ． ２ ０ １ ２
１ １ ２ ２ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇＨ ｅ ｎ ｉ ａ ｎ Ｙ ａ ｎ ｇＪ ｉ ａ ｎ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ Ｓ ｕ ｎＧ ｕ ａ ｎ ｇ ｊ ｕ ｎ Ｘ ｉ ａ ｏＪ ｕ ｎ ｈ ｕ ａ
１ （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ２ １ ０ ０ ９ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
９ ８ ９
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岩
土
力Leabharlann 学2013 年道交通对周边环境振动的影响及控制，对提高城市 轨道交通系统的规划、设计和运营水平，保证工程 结构的安全，改善城市环境质量，提高居民生活质 量等方面具有重要的理论意义和社会效益 。 伴随着城市轨道交通的建设，高架桥已作为一 种主要的城轨交通结构型式越来越多地得到应用。 与此同时，国内外学者对高架桥上列车运行引起的 地面及建筑物振动开展了理论分析、试验研究和预 测模型的建立，为城轨交通高架线路环境振动的研 究提供了有益成果。如文献[2-6]对不同地区、不同 结构特点的城轨交通高架线路的环境振动进行了测 试和分析。然而，由于轨道交通运行引起的环境振 动与线路结构、地区地质环境等密切相关。为深入 认识不同地区、不同结构型式的环境振动特点和规 律，并建立适合于当地工程和环境特点的振动预测 模型，还需要积累更多的地区性经验[7]。 本文基于轮轨相互作用原理 建立了城市轨道 交通高架线路列车荷载的激励函数，采用有限元软 件建立了城市轨道交通高架线轨道支承结构与地基 土振动传播路径计算模型，对环境振动进行了数值 仿真和参数影响分析，建立了适用于城市轨道交通 高架线产生的环境振动预测公式，并利用现场试验 数据对预测公式的适用性进行了验证。
Simulation and prediction for environment vibration induced by urban rail transit with elevated line
ZHANG He-nian1, SUN Guang-jun 2,3, XIAO Jun-hua2, LI Xiong-wei 4
（1. 东南大学 建筑学院，南京 210096；2. 南京工业大学 土木工程学院，南京 210009； 3. 北京工业大学 建筑工程学院，北京 100022；4. 常州工学院 土木建筑工程学院，江苏 常州 213002）
摘
要：基于轮轨相互作用原理，建立了城轨交通高架线路列车振动荷载激励函数。将该激励力作用在有限元软件建立的三
2 列车荷载激振函数
轨道不平顺是车辆和轨道系统振动的主要激 励来源， 影响列车-轨道相互作用力的主要原因在于 轨道不平顺和轨面波形磨耗效应。英国铁路技术中 心多年来的大量理论研究和实验工作表明[8]，竖向 轮轨力主要出现在0.5～10 Hz，30～60 Hz及100～ 400 Hz 3个频率范围。 根据上述分析，本文采用一个正弦函数叠加形 式来模拟列车振动激励 F (t ) ，可以表示为
P3 为动荷载部分， 分别对应于表1所示的I-III控制标
准中的某一典型值下的振动荷载； M 0 为列车轮对 质量； ai 为轨道几何不平顺矢高；i 为不同车速下
120 m×40 m×60.8 m，并采用以下假定：
增刊 2
张鹤年等：城轨交通高架线环境振动的仿真与预测
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（1） 轨道支承结构与地基土之间没有相对错动， 接触面上的运动保持一致； （2）忽略基础与周围土层之间的接触非线性； （3） 考虑到振动荷载在土壤中产生的应变较小， 土体可以按弹性介质考虑。
表1 轨道几何不平顺值 Table 1 Track irregularity values
控制标准 波长 L /m 50 按行车平稳性（Ⅰ） 20 10 5 按作用到线路上的动力 附加荷载（Ⅱ） 波形磨耗（Ⅲ） 2 1 0.5 0.05 矢高 a /mm 16 9 5 2.5 0.6 0.3 0.1 0.05
105 kN/m ，Cbg 63.2 kN·s/m，考虑不同桥梁跨度
的影响，桥梁的跨度依次选取7.5 m，15 m，30 m和
60 m，其中30 m为标准参数输入时的桥梁 跨度，
桥梁箱梁截面面积为4.132 m2，惯性矩为2.28 m4， 阻尼比为0.05，单位长度质量为10 330 kg/m，混凝 土等级 C40 ，弹性模量 30 GPa ，桥梁支座刚度
收稿日期：2013-03-25 基金项目：江苏省博士后基金资助项目(No.1101000115)；国家自然科学基金资助项目(No.51008158，No.41102229)；中国博士后科学基金资助项目 (No.2012M520133)。 第一作者简介：张鹤年，男，1980 年生，博士后。E-mail: zhanghn_001@
3 轨道支承体系-传播路径计算模型
地铁高架线路的轨道支承结构为混凝土梁，高 架线路支承结构模型如图1所示。 模型尺寸选自南京 地铁南延线的实际参数， 南延线上的桥梁跨度d一般 情况为30 m，对三维桥梁结构采用实体单元类型进 行建模。 城市轨道交通引起的环境振动问题主要指线 路周围地面和建筑物的振动，所以在建立传播路径 模型时应能较好的模拟振动在地基土中的传播。高 架线路的振动传播路径模型如图2所示，模型尺寸
第 34 卷增刊 2 2013 年 10 月
文章编号：1000－7598－(2013) 增 2―0433―06
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.34 Supp.2 Oct. 2013
城轨交通高架线环境振动的仿真与预测
张鹤年 1，孙广俊 2,3，肖军华 2，李雄威 4
F (t ) P0 P 1 sin 1t P 2 sin 2 t P 3 sin 3t （1）
列车振动激励可以与高、中、低频振动，附加 动载以及轨道波磨效应相对应。相应的振动荷载幅 值为 Pi M 0 aii2 （2） v i 2π （3） Li 式中： P0 为静荷载部分，表示车轮静载； P 1 、P 2和
维轨道支承结构和土体传播路径计算模型上，对地铁运行引起的周边环境振动响应进行了仿真模拟，并利用现场实测数据进 行了比较和验证。进一步，分析了列车运行速度和场地土特性对环境振动的参数影响。在对各参数的影响特征进行了定量分 析的基础上，通过统计分析，建立了城市轨道交通高架线路环境振动的振级预测公式，并利用现场实测数据进行了验证。研 究表明，仿真模拟和预测结果能够较为真实的反映城轨交通高架线路运行引起的环境振动的实际情况。 关 键 词：城市轨道交通；高架线路；环境振动；仿真模拟；预测模型 文献标识码：A 中图分类号：O 327
1 引 言
振动是国际上公认的七大公害之一 ，如同噪 声和水污染一样，是考量城市居住环境质量和工作 环境质量的重要指标。随着现代城市规模的日益扩 大，轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠等特 点，成为解决城市交通的重要手段。但由此引起的
[1]
振动对环境的影响也引起了人们的普遍关注。城市 轨道交通相比于道路交通行车密度高，速度及载重 大，持续时间长，引起的周围地面和建筑物的振动 也更加强烈，且城市轨道交通引发的争议和抱怨往 往围绕振动和噪声展开。轨道交通的振动和噪声不 但会对沿线居民的生活造成影响，而且会引起周围 岩土介质及沿线结构物的破坏。因此，研究城市轨
[1] [1]
不平顺波长对应的圆频率； v 为列车运行的速度； Li 为相应于表1中I-III控制标准下的典型波长。 根据式（1）～（3） ，分别采用50、55、60、
65、70、80 km/h 6种不同车速加以分析。参考南京
轨道交通列车的相关数据， 取单边静轮重P0=80 kN， 簧下轮对质量M0=750 kg。结合相关研究经验[7]，对 应于表1中的3种控制标准，分别取其不平顺振动波 长和相应的矢高值为： L1= 10 m， a1=3.5 mm； L2=2 m， a2=0.4 mm；L3=0.5 m，a3=0.08 mm。这样，可以得 到对应于不同车速的低频 1 、中频 2 和高频 3 及 相应的振动荷载幅值P1、P2和P3，如表2所示。
Abstract: Firstly, on the basis of wheel-track interaction theory, a function of exciting force of moving train on elevated line is established. Then, the exciting force is acted on the three-dimensional numerical models of rail structure, elevated line and soil foundation by utilizing the finite element software. The surrounding environment vibration response caused by train operation is simulated; and the numerical results are compared and verified by the field measurement data. Furthermore, the parameter effects of length of bridge span, train speed and soil properties on environment vibration are studied. On the basis of investigation of parameter influence characters and according to the statistical analysis, a prediction formula of vibration level on ground induced by urban rail transit with elevated line is presented and validated by the field experiments. The research results show that the numerical simulation and prediction can truly reflect the actual environment vibration caused by urban rail transit with elevated line. Key words: urban rail transit; elevated line; environment vibration; simulation; prediction model