山西中南部铁路通道对红旗渠的振动评估研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１． 进 行三 维有 限元 动力仿 真分 析 。 ３０ ｍ） ７ 隧道 一山体 一红 旗渠 三维 有 限元 模 型 根据 隧 道 、 太行 山 山体 和红 旗渠 结 构 的几 何 形状 ， 用 Ａ ＹＳ 利 ＮＳ
有限元仿真软件建立 。模 型几何尺寸为４ 红旗渠纵 向） ３ 横 向） ６ 竖 向） ５ ｍ（ ｘ９ ｍ（ ｘ１ ｍ（ 。在 Ａ Ｙ 软件 ＮＳ Ｓ
３ ６
华 东 交 通 大 学 学 报
２ １焦 ０１
１ 山西 中南 部铁 路通 道与红 旗 渠位置 关 系 ． ３
规 划新 建 中 的山西 中南 部铁 路 通道 将 ４ 次穿 越红 旗渠 ， 括穿 越 主 干渠 ２ ， 干 渠 和二 干渠 各 １ 。 包 次 一 次
铁 路 的开通 运 营将不 可 避免地 对 红旗 渠 的保护 产生 有 害影 响 ， 了保护 红 旗渠 这个 历史 文 化遗 产 ， 估列 为 评 车运行对 红旗 渠 的影 响程度 ， 把有 害影 响降 到最低 ， 特立 此课题 进行 专项 研究 。
第 ２ 卷第 ３ ８ 期 ２ １年 ６ ０１ 月
文章 编 号 ：０ ５０ ２ （０ １０ ．０ ５０ １０ ．５ ３ ２ １ ）３０ ３ ．６
华 东 交 通 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏｆ Ｅａ ｔ Ｃｈ ｎ Ｊａ ｔ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｓ ｉａ ｉｏｏ ｇ ｖ ｒ ｉｙ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
轨 道 随机 不平 顺 的统 计 特征 只能依 靠 线路 实 地测 量 获得 ， 国外 很 多 国家很 早 就开 始 了实 地 测试 工作 ，
其轨道谱 的研究已经相 当完善。我 国也在这方面做 了一些研究工作 ， 文献［ 认为我 国三大干线 的方 向不 ９ ］ 平 顺 与美 国 ５ 谱相 当 ， 级 高低 不平 顺 在美 国 ６ 谱 和 ５ 谱 中 间 ； 级 级 同济大 学练 松 良教授 通 过分 析 沪 昆线与 金 温 线 轨道 不 平顺 谱 后 ， 为沪 昆线 路轨 道 不平 顺 功 率谱 要 明显 好 于 美 国 ６ 铁路 的不 平顺 谱 ， 金 温线 轨 认 级 而 道谱接近于美国 ５ 级铁路 的不平顺谱 。根据新建 山西中南部铁路通道的设计标准 ， 文章就以美国 ６ 级谱 来 模拟 轨道 随机不 平顺 ， 后模 拟 得到 的美 国 ６ 最 级谱 的轨 道 高低 与 轨道 方 向不 平顺 样本 曲线 ， 图 ３ 示 。 如 所
１ 列 车 一轨道 三维子 模 型 ： 用此模 型 可计算 出在 考虑 轮轨 随机不 平顺 的情 况下 ， 车通 过隧 道时作 ） 利 列
用 于轨 道 的动态轮 轨竖 向力 和横 向力 ； ２ ）轨道 一隧 道 一 山体 一红 旗 渠结 构 子 模 型 ： 列 车 一轨 道 三维 子 模 型 模 拟 出来 的轮 轨 力 作用 于轨 将 道 一隧道 一山体 一红 旗渠 结构 子模 型上 ， 最后可 计算 出路 基 、 山体 和红旗渠 结构 的动 力 响应 。
造轨 道不 平顺 空 间样 本 ， 基 本原 理 如下 。首 先轨 道 不平 顺 的 空 间样 本 可 以表示 为 其
叩 ＝叩 ） （） １
设 不 平顺 ） 为平均 值 为 ０ 的平 稳 高斯 过程 ， 功 率谱 密 度 函数 为 Ｓ （，， ，的抽样 函数 可 以用三 其 ｘ ａ） 叩 ）
２ 三 维 动 力 有 限元 计算 模 型
预测 评估 列 车运 营对 红旗渠 的影 响 ， 涉及 因素众 多 ， 含列 车 、 包 轨道 、 隧道 、 土体 和红 旗渠 结构 ， 以预 所 测评 估 非 常复 杂 ， 传统 试 验监 测 方法 难 以实 行 。除试 验 方 法外 ， 一 种通 用 的方 法 为数 值仿 真 法 ， 另 如有 限
中 ， 限元模 型 中采 用 ３ 有 Ｄ结 构实体 单元 Ｓ ＬＤ ５ Ｏ Ｉ４ 划分 网格 ， 限元 模型 如 图 ２ 示 。 有 所
渠 纵 向
渠 横 向 图 １ 列 车一 轨 道 整 体 模 型
Ｆｉ １ Ｏｖｅ ａ ｌｍ ｏｄ ｌｏｆｔ ｒ ｉ ｔ ａ ｋ ｇ． ｒ ｌ ｅ ｈｅｔ ａ ｎ—ｒ ｃ
１ 山西 中南部铁 路通道与红旗 渠简 况
１１ 山西 中南部 铁 路通 道 ．
新建 山西 中南 部铁 路通 道西 起 山西 吕粱 ， 至 山东 日照港 ， 晋豫 鲁 ３ ， 路等级 为 Ｉ ，０ｋ ・Ｉ 东 横贯 省 线 级 ６ ｇ１－ Ｔ 无 缝线 路 ， 碴 轨 道 ， 条 Ⅲ型扣 件 ， 有 弹 Ⅲ型 轨 枕 。新 线 的建 成对 于保 障 国家 能 源 运输 ， 善 区域 路 网 布局 ， 完 促 进晋 豫鲁 地 区经 济社 会协 调发 展 具有 重 要作 用 。
渠， 红旗 渠 是新 中 国成 立 初 期建 设 成 就 的 标 志性 工 程 ，０ ６ ５ ２ ｔ红 旗渠 被 国务 院 列 为第 ６ 全 国 ２ ０ 年 月 ５Ｆ， 批 重 点文 物保 护单 位 。
收 稿 日期 ：０ １ ３２ ２ １－ ．１ ０
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 项 目（ １６ ０ ７ ； 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 项 目（ Ｃ －９０ ６ ） 国 ５ ０ ８ ０ ）新 ＮＥ Ｔ０ —１ ７ 作 者 简 介 ： 林 芽 （ ９ ３ ） 男 ， 授 ， 士 ， 要 研 究 方 向 为 轨道 交 通 振 动 与 噪 声 。 刘 １７ 一 ， 教 博 主
图 ２ 隧 道 一 山体 一 红 旗 渠 有 限 元 模 型
Ｆｉ ２ Ｆｉ ｉｅｅ ｅ ｅ ｏ ｌｏ ｈｅｔ ｇ． ｎ ｔ ｌ ｍ ｎｔｍ ｄｅ ｆｔ ｕｎｎｅ ， ｌ
ｍ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌ ｇ Ｃａ ａ ｕ ｔ ｉ ｎ ｄ Ｆ ａ ｎ ｌ
第３ 期
足《 古建筑防工业振动技术规 范》 定要 求。 规
关 键 词 ： 旗 渠 ； 动 评 估 ； 限 元模 型 ； 力 响 应 红 振 有 动
中图分类号 ： ５ Ｕ４ １
文献标识码 Ｉ ＾
我 国古建 筑 是 中华 文 明珍 贵 遗产 ， 些古 建 筑 物 都 蕴藏 着 丰富 的历 史 文 化 ， 这 由于 历 史久 远 ， 结 构 的 其 耐 久 性 和抗 振 性 日渐 衰 退 。随着 我 国铁 路事 业 的飞 速 发展 和 铁 路 振 源数 量 的增加 ， 车振 动 荷 载 对古 建 列
２１ 列车 一轨道 三维 动力模 型 ．
采 用 Ｕ ｉｅｓｌ ｃａｉ Ｕ ） ｎｖｒａＭｅｈｎｓ ｍ（ Ｍ 软件 建 立 列 车 一轨 道 三 维 动 力 模 型 ， 图 １ 示 。Ｕ ｉｅｓｌ ｃａ 如 所 ｎｖｒａＭｅｈ—
ｎ ｍ是俄罗斯新一代多体运动学和动力学仿真软件 ， ｉ ｓ 可以用来仿真任何机械和机电系统 ， 求解迅速 ， 计算 精确 。Ｕ 既 能分 析庞 大 的多刚体 系统 ， 能分析 复杂 的 刚柔 耦 合体 系统 ， Ｍ 也 广泛 应用 于机 械 、 汽车 、 铁路 、 航
、ｂ１ ２８ Ｎ Ｏ． ． ３
Ｊ ｎ． ２ ｕ 。 ０１１
山西 中南 部 铁 路 通 道 对 红 旗 渠 的 振 动 评 估 研 究
刘 林 芽 吕 锐 王林 安 ， ，
（ ． 东交 通大学铁路环境振动 与噪声教育部工程研究 中心 ， 西 南 昌 ３ ０ １ ； ． １华 江 ３ ０ ３ ２ 中国文 化遗产研究院 ， 京 １０ ２ ） 北 ００ ９ 摘要 ： 山西 中南部铁路 通道将从 全 国重 点文物保 护单位红 旗渠 下穿越 ， 了评估铁路 建成后 列 车运 营行驶 时对红旗 渠所 产 为 生的振 动是 否满足古建 筑结构的容许 振动标 准 ， 采用 Ｕ ｉｅｓｌ ｃ ａｉ 软件建 立列车 一轨道 三维动 力模型 ， ｎｖ ｒａ Ｍｅｈｎｓ ｍ 求得行驶 列 车作 用 于轨道 上的轮轨作 用力 ， 将轮轨 力作 用于轨道 一隧道 一山体一红旗 渠结构有 限元模 型上 ， 算 出红旗 渠结构 的动力 计 响应 。研 究结果表 明， 车通过 时 引起红 旗渠的最 大振 动速度 点 出现在红旗 渠渠顶外侧 ， 列 振动 最大速 度为 １１ １ ｍ・～ 满 ．Ｘ ０ Ｓ，
元法 ， 数值仿真方便 、 快捷 ， 且只要相关参数准确 ， 就能获得较好的模拟结果 。 分析 隧道 内列 车运 营对 红旗 渠 的影 响 ， 必须 解决 列 车 、 道 、 就 轨 隧道 、 土体 和 红旗 渠结 构之 间复 杂 的动
态耦合 问题 ， 建列 车 一轨道 一隧道 一土体 一红旗 渠结 构系 统三 维有 限元 计算 模 型 ， 接建 立此 模 型将使 需 直 问题 复杂化 ， 为此 文章将 此模 型分 成两个 子模 型进 行简化 ：
刘林 芽 ， ： 等 山西 中南 部 铁 路 通 道 对 红 旗 渠 的振 动 评 估 研 究
３ ７
３ 仿 真 结 果
３１ 列车 一轨 道 三维动 力模 型 仿真 结 果 ．
３１１ 轮 轨 随机 不平 顺模 拟结 果 ．． 轨道 不 平顺 实 际上 是一 个 随 机过 程 ， 在轨 道 结构 仿 真 中将 其 处理 呈平 稳 的各 态 历 经 的随机 过 程 ， 它是 机 车车 辆 ～轨 道 系统 随 机 振动 的激 励 源嘲 。根 据 既 有 的轨 道 不平 顺 功 率谱 密 度 函数采 用 三 角级 数 法来 构
筑引起 的环境问题变得尤为显著 ， 因此如何分析评价列车振动对古建筑的影 响成为现在保护 中华文化遗 产 的重 要 内容 。 目前 ， 国外关 于 列 车振 动对 古 建 筑 的研 究较 少 ｎ 国 内的潘 复 兰 、 茂 宏等 １０ 从 古建 筑 ， 俞 贝是
的结 构 特 征 和 力 学 性 能方 面进 行 研 究 ， 由列 车 动 荷 载 引 起 的对 古 建 筑 振 动影 响 的 研 究 尚缺 乏 完 善 资 而 料 。本 项 目以《 建 筑 防 工 业 振 动 技 术 规 范 》 古 为标 准 ， 用 数 值 仿 真 法 ， 用 大 型 有 限 元 软 件 Ｕｎｖｒａ 采 运 ｉｅｓｌ Ｍｅｈ ｎｓ ｃａｉ ｍ建立 了列 车 一轨 道 三维模 型和 轨道 一隧道 一山体 一红 旗渠 结 构有 限 元模 型 ， 分别 模 拟 出了列 车 通 过 轨道 时 的 动 态轮 轨 作 用力 和路基 、 山体 、 旗 渠 结 构 的动 力 响应 ， 隧道 中列 车 振 动对 红旗 渠 的影 响 红 对 进 行预 测 和分 析 ， 到 了很好 的结 果 ， 而为 采 取适 当的减 振 措施 来 减 弱铁 路 运 营对红 旗 渠结 构 的 振动 影 得 从 响、 保护 红旗 渠 结构 提供 依 据 。
空航 天 、 洋和 国防工 程等领 域 。 海
２ 轨道 一 ． ２ 隧道 一山体 一红旗渠结构有限元模型 通 过对新 建 的 山西 中南部 铁路 通道 穿越 红旗 渠点 的地 质进 行踏 勘 ， 并结 合 各点 埋深 、 车通 过速 度和 列 地 质 等参数 进 行分 析 ， 定选 择 最不 利工 况一 太 行 山一 号 隧道 穿越 主 干渠 点 （ 程 Ｃ ５ ８ ３ ０ 隧道埋 深 决 里 Ｋ ７＋ ５ ，
１２ 红旗 渠 ．
红旗渠 ， 位于河南省林州市 ， ２ 世纪 ６ 年代林县人 民在 太行山上建成的大型 “ 是 ０ ０ 引漳人林 ” 灌溉工 程 。 红旗 渠 以浊漳 河 为 源 ， 首 位 于 山西 省平 顺 县 石 城 镇侯 壁 断 下 。总干 渠 长 ７ ．ｋｎ， 底 宽 ８ｍ， 渠 ０６ ｒ 渠 渠墙 高 ４３ｒ， 计 最 大流 量 ２ ・～ 全部 开 凿 在峰 峦 迭 嶂 的太行 山腰 ， 程艰 险 ， 于 渠从 分水 岭 分 为 ３ 干 ＿ ｎ设 ３ｍ Ｓ ， 工 总 条
角级 数法 表 示为
．
叩（） 口 ｓ （ ＋ ） ｘ － ｉ ∞ ｎ
：Ｉ
（） ２
式 中： 口 是平 均 值 为 ０标 准差 为 的 高斯 随 机变 数 ， 于 １２ … ， 、 对 ，， Ⅳ来说 ， 互 相 独立 的 ； 是 与 相 是
互 独立 的 ，～ 范 围 内的 同一 随机 变数 。 ０ ２兀
有限元仿真软件建立 。模 型几何尺寸为４ 红旗渠纵 向） ３ 横 向） ６ 竖 向） ５ ｍ（ ｘ９ ｍ（ ｘ１ ｍ（ 。在 Ａ Ｙ 软件 ＮＳ Ｓ
３ ６
华 东 交 通 大 学 学 报
２ １焦 ０１
１ 山西 中南 部铁 路通 道与红 旗 渠位置 关 系 ． ３
规 划新 建 中 的山西 中南 部铁 路 通道 将 ４ 次穿 越红 旗渠 ， 括穿 越 主 干渠 ２ ， 干 渠 和二 干渠 各 １ 。 包 次 一 次
铁 路 的开通 运 营将不 可 避免地 对 红旗 渠 的保护 产生 有 害影 响 ， 了保护 红 旗渠 这个 历史 文 化遗 产 ， 估列 为 评 车运行对 红旗 渠 的影 响程度 ， 把有 害影 响降 到最低 ， 特立 此课题 进行 专项 研究 。
第 ２ 卷第 ３ ８ 期 ２ １年 ６ ０１ 月
文章 编 号 ：０ ５０ ２ （０ １０ ．０ ５０ １０ ．５ ３ ２ １ ）３０ ３ ．６
华 东 交 通 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏｆ Ｅａ ｔ Ｃｈ ｎ Ｊａ ｔ ｎ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ ｏ ｒ ａ ｓ ｉａ ｉｏｏ ｇ ｖ ｒ ｉｙ
ຫໍສະໝຸດ Baidu
轨 道 随机 不平 顺 的统 计 特征 只能依 靠 线路 实 地测 量 获得 ， 国外 很 多 国家很 早 就开 始 了实 地 测试 工作 ，
其轨道谱 的研究已经相 当完善。我 国也在这方面做 了一些研究工作 ， 文献［ 认为我 国三大干线 的方 向不 ９ ］ 平 顺 与美 国 ５ 谱相 当 ， 级 高低 不平 顺 在美 国 ６ 谱 和 ５ 谱 中 间 ； 级 级 同济大 学练 松 良教授 通 过分 析 沪 昆线与 金 温 线 轨道 不 平顺 谱 后 ， 为沪 昆线 路轨 道 不平 顺 功 率谱 要 明显 好 于 美 国 ６ 铁路 的不 平顺 谱 ， 金 温线 轨 认 级 而 道谱接近于美国 ５ 级铁路 的不平顺谱 。根据新建 山西中南部铁路通道的设计标准 ， 文章就以美国 ６ 级谱 来 模拟 轨道 随机不 平顺 ， 后模 拟 得到 的美 国 ６ 最 级谱 的轨 道 高低 与 轨道 方 向不 平顺 样本 曲线 ， 图 ３ 示 。 如 所
１ 列 车 一轨道 三维子 模 型 ： 用此模 型 可计算 出在 考虑 轮轨 随机不 平顺 的情 况下 ， 车通 过隧 道时作 ） 利 列
用 于轨 道 的动态轮 轨竖 向力 和横 向力 ； ２ ）轨道 一隧 道 一 山体 一红 旗 渠结 构 子 模 型 ： 列 车 一轨 道 三维 子 模 型 模 拟 出来 的轮 轨 力 作用 于轨 将 道 一隧道 一山体 一红 旗渠 结构 子模 型上 ， 最后可 计算 出路 基 、 山体 和红旗渠 结构 的动 力 响应 。
造轨 道不 平顺 空 间样 本 ， 基 本原 理 如下 。首 先轨 道 不平 顺 的 空 间样 本 可 以表示 为 其
叩 ＝叩 ） （） １
设 不 平顺 ） 为平均 值 为 ０ 的平 稳 高斯 过程 ， 功 率谱 密 度 函数 为 Ｓ （，， ，的抽样 函数 可 以用三 其 ｘ ａ） 叩 ）
２ 三 维 动 力 有 限元 计算 模 型
预测 评估 列 车运 营对 红旗渠 的影 响 ， 涉及 因素众 多 ， 含列 车 、 包 轨道 、 隧道 、 土体 和红 旗渠 结构 ， 以预 所 测评 估 非 常复 杂 ， 传统 试 验监 测 方法 难 以实 行 。除试 验 方 法外 ， 一 种通 用 的方 法 为数 值仿 真 法 ， 另 如有 限
中 ， 限元模 型 中采 用 ３ 有 Ｄ结 构实体 单元 Ｓ ＬＤ ５ Ｏ Ｉ４ 划分 网格 ， 限元 模型 如 图 ２ 示 。 有 所
渠 纵 向
渠 横 向 图 １ 列 车一 轨 道 整 体 模 型
Ｆｉ １ Ｏｖｅ ａ ｌｍ ｏｄ ｌｏｆｔ ｒ ｉ ｔ ａ ｋ ｇ． ｒ ｌ ｅ ｈｅｔ ａ ｎ—ｒ ｃ
１ 山西 中南部铁 路通道与红旗 渠简 况
１１ 山西 中南部 铁 路通 道 ．
新建 山西 中南 部铁 路通 道西 起 山西 吕粱 ， 至 山东 日照港 ， 晋豫 鲁 ３ ， 路等级 为 Ｉ ，０ｋ ・Ｉ 东 横贯 省 线 级 ６ ｇ１－ Ｔ 无 缝线 路 ， 碴 轨 道 ， 条 Ⅲ型扣 件 ， 有 弹 Ⅲ型 轨 枕 。新 线 的建 成对 于保 障 国家 能 源 运输 ， 善 区域 路 网 布局 ， 完 促 进晋 豫鲁 地 区经 济社 会协 调发 展 具有 重 要作 用 。
渠， 红旗 渠 是新 中 国成 立 初 期建 设 成 就 的 标 志性 工 程 ，０ ６ ５ ２ ｔ红 旗渠 被 国务 院 列 为第 ６ 全 国 ２ ０ 年 月 ５Ｆ， 批 重 点文 物保 护单 位 。
收 稿 日期 ：０ １ ３２ ２ １－ ．１ ０
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 项 目（ １６ ０ ７ ； 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 项 目（ Ｃ －９０ ６ ） 国 ５ ０ ８ ０ ）新 ＮＥ Ｔ０ —１ ７ 作 者 简 介 ： 林 芽 （ ９ ３ ） 男 ， 授 ， 士 ， 要 研 究 方 向 为 轨道 交 通 振 动 与 噪 声 。 刘 １７ 一 ， 教 博 主
图 ２ 隧 道 一 山体 一 红 旗 渠 有 限 元 模 型
Ｆｉ ２ Ｆｉ ｉｅｅ ｅ ｅ ｏ ｌｏ ｈｅｔ ｇ． ｎ ｔ ｌ ｍ ｎｔｍ ｄｅ ｆｔ ｕｎｎｅ ， ｌ
ｍ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ｌ ｇ Ｃａ ａ ｕ ｔ ｉ ｎ ｄ Ｆ ａ ｎ ｌ
第３ 期
足《 古建筑防工业振动技术规 范》 定要 求。 规
关 键 词 ： 旗 渠 ； 动 评 估 ； 限 元模 型 ； 力 响 应 红 振 有 动
中图分类号 ： ５ Ｕ４ １
文献标识码 Ｉ ＾
我 国古建 筑 是 中华 文 明珍 贵 遗产 ， 些古 建 筑 物 都 蕴藏 着 丰富 的历 史 文 化 ， 这 由于 历 史久 远 ， 结 构 的 其 耐 久 性 和抗 振 性 日渐 衰 退 。随着 我 国铁 路事 业 的飞 速 发展 和 铁 路 振 源数 量 的增加 ， 车振 动 荷 载 对古 建 列
２１ 列车 一轨道 三维 动力模 型 ．
采 用 Ｕ ｉｅｓｌ ｃａｉ Ｕ ） ｎｖｒａＭｅｈｎｓ ｍ（ Ｍ 软件 建 立 列 车 一轨 道 三 维 动 力 模 型 ， 图 １ 示 。Ｕ ｉｅｓｌ ｃａ 如 所 ｎｖｒａＭｅｈ—
ｎ ｍ是俄罗斯新一代多体运动学和动力学仿真软件 ， ｉ ｓ 可以用来仿真任何机械和机电系统 ， 求解迅速 ， 计算 精确 。Ｕ 既 能分 析庞 大 的多刚体 系统 ， 能分析 复杂 的 刚柔 耦 合体 系统 ， Ｍ 也 广泛 应用 于机 械 、 汽车 、 铁路 、 航
、ｂ１ ２８ Ｎ Ｏ． ． ３
Ｊ ｎ． ２ ｕ 。 ０１１
山西 中南 部 铁 路 通 道 对 红 旗 渠 的 振 动 评 估 研 究
刘 林 芽 吕 锐 王林 安 ， ，
（ ． 东交 通大学铁路环境振动 与噪声教育部工程研究 中心 ， 西 南 昌 ３ ０ １ ； ． １华 江 ３ ０ ３ ２ 中国文 化遗产研究院 ， 京 １０ ２ ） 北 ００ ９ 摘要 ： 山西 中南部铁路 通道将从 全 国重 点文物保 护单位红 旗渠 下穿越 ， 了评估铁路 建成后 列 车运 营行驶 时对红旗 渠所 产 为 生的振 动是 否满足古建 筑结构的容许 振动标 准 ， 采用 Ｕ ｉｅｓｌ ｃ ａｉ 软件建 立列车 一轨道 三维动 力模型 ， ｎｖ ｒａ Ｍｅｈｎｓ ｍ 求得行驶 列 车作 用 于轨道 上的轮轨作 用力 ， 将轮轨 力作 用于轨道 一隧道 一山体一红旗 渠结构有 限元模 型上 ， 算 出红旗 渠结构 的动力 计 响应 。研 究结果表 明， 车通过 时 引起红 旗渠的最 大振 动速度 点 出现在红旗 渠渠顶外侧 ， 列 振动 最大速 度为 １１ １ ｍ・～ 满 ．Ｘ ０ Ｓ，
元法 ， 数值仿真方便 、 快捷 ， 且只要相关参数准确 ， 就能获得较好的模拟结果 。 分析 隧道 内列 车运 营对 红旗 渠 的影 响 ， 必须 解决 列 车 、 道 、 就 轨 隧道 、 土体 和 红旗 渠结 构之 间复 杂 的动
态耦合 问题 ， 建列 车 一轨道 一隧道 一土体 一红旗 渠结 构系 统三 维有 限元 计算 模 型 ， 接建 立此 模 型将使 需 直 问题 复杂化 ， 为此 文章将 此模 型分 成两个 子模 型进 行简化 ：
刘林 芽 ， ： 等 山西 中南 部 铁 路 通 道 对 红 旗 渠 的振 动 评 估 研 究
３ ７
３ 仿 真 结 果
３１ 列车 一轨 道 三维动 力模 型 仿真 结 果 ．
３１１ 轮 轨 随机 不平 顺模 拟结 果 ．． 轨道 不 平顺 实 际上 是一 个 随 机过 程 ， 在轨 道 结构 仿 真 中将 其 处理 呈平 稳 的各 态 历 经 的随机 过 程 ， 它是 机 车车 辆 ～轨 道 系统 随 机 振动 的激 励 源嘲 。根 据 既 有 的轨 道 不平 顺 功 率谱 密 度 函数采 用 三 角级 数 法来 构
筑引起 的环境问题变得尤为显著 ， 因此如何分析评价列车振动对古建筑的影 响成为现在保护 中华文化遗 产 的重 要 内容 。 目前 ， 国外关 于 列 车振 动对 古 建 筑 的研 究较 少 ｎ 国 内的潘 复 兰 、 茂 宏等 １０ 从 古建 筑 ， 俞 贝是
的结 构 特 征 和 力 学 性 能方 面进 行 研 究 ， 由列 车 动 荷 载 引 起 的对 古 建 筑 振 动影 响 的 研 究 尚缺 乏 完 善 资 而 料 。本 项 目以《 建 筑 防 工 业 振 动 技 术 规 范 》 古 为标 准 ， 用 数 值 仿 真 法 ， 用 大 型 有 限 元 软 件 Ｕｎｖｒａ 采 运 ｉｅｓｌ Ｍｅｈ ｎｓ ｃａｉ ｍ建立 了列 车 一轨 道 三维模 型和 轨道 一隧道 一山体 一红 旗渠 结 构有 限 元模 型 ， 分别 模 拟 出了列 车 通 过 轨道 时 的 动 态轮 轨 作 用力 和路基 、 山体 、 旗 渠 结 构 的动 力 响应 ， 隧道 中列 车 振 动对 红旗 渠 的影 响 红 对 进 行预 测 和分 析 ， 到 了很好 的结 果 ， 而为 采 取适 当的减 振 措施 来 减 弱铁 路 运 营对红 旗 渠结 构 的 振动 影 得 从 响、 保护 红旗 渠 结构 提供 依 据 。
空航 天 、 洋和 国防工 程等领 域 。 海
２ 轨道 一 ． ２ 隧道 一山体 一红旗渠结构有限元模型 通 过对新 建 的 山西 中南部 铁路 通道 穿越 红旗 渠点 的地 质进 行踏 勘 ， 并结 合 各点 埋深 、 车通 过速 度和 列 地 质 等参数 进 行分 析 ， 定选 择 最不 利工 况一 太 行 山一 号 隧道 穿越 主 干渠 点 （ 程 Ｃ ５ ８ ３ ０ 隧道埋 深 决 里 Ｋ ７＋ ５ ，
１２ 红旗 渠 ．
红旗渠 ， 位于河南省林州市 ， ２ 世纪 ６ 年代林县人 民在 太行山上建成的大型 “ 是 ０ ０ 引漳人林 ” 灌溉工 程 。 红旗 渠 以浊漳 河 为 源 ， 首 位 于 山西 省平 顺 县 石 城 镇侯 壁 断 下 。总干 渠 长 ７ ．ｋｎ， 底 宽 ８ｍ， 渠 ０６ ｒ 渠 渠墙 高 ４３ｒ， 计 最 大流 量 ２ ・～ 全部 开 凿 在峰 峦 迭 嶂 的太行 山腰 ， 程艰 险 ， 于 渠从 分水 岭 分 为 ３ 干 ＿ ｎ设 ３ｍ Ｓ ， 工 总 条
角级 数法 表 示为
．
叩（） 口 ｓ （ ＋ ） ｘ － ｉ ∞ ｎ
：Ｉ
（） ２
式 中： 口 是平 均 值 为 ０标 准差 为 的 高斯 随 机变 数 ， 于 １２ … ， 、 对 ，， Ⅳ来说 ， 互 相 独立 的 ； 是 与 相 是
互 独立 的 ，～ 范 围 内的 同一 随机 变数 。 ０ ２兀