高速鐵路高架橋引起環境振動的預測方法研究

《高速鐵路高架橋引起環境振動的預測方法研究》是依託北京交通大學，由曹艷梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速鐵路高架橋引起環境振動的預測方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹艷梅
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

結合我國高速鐵路高架橋的實際工程，採用理論模型分析計算和現場測試相結合的方法，通過對高速列車－軌道-橋樑－橋墩-基礎-周邊地基土這一振動傳播體系的分析，建立高速列車－軌道-橋樑－橋墩半解析－數值分析模型和橋墩-基礎-周邊地基土動力相互作用分析模型來預測我國高速鐵路高架橋系統引起的環境振動，並選取適當的高速鐵路高架橋段進行現場測試，驗證預測模型的正確性。通過理論分析和試驗結果研究高速鐵路高架橋軌道交通系統環境振動的特點及影響因素、振動在高速列車－高架橋－地基土的傳遞規律、軟土地基上高架橋高速鐵路引起環境振動的特點、高速列車在高架橋上運行時是否存在臨界速度以及車－橋－墩的共振對地基土振動回響的影響等，進而對減隔振措施提出合理化建議。該課題的研究將會為新線和既有線高速鐵路高架軌道交通的環境振動提供預測和評價，為降低高速鐵路高架橋地面振動及振動傳播提供解決方法和途徑，具有重要的社會意義和套用前景。

結題摘要

本項目歷時3年，在項目組成員的共同努力下，完成了原計畫的研究目標和研究內容，取得了較好的研究成果。提出了高速鐵路高架軌道交通引起環境振動的預測模型，為解決高速鐵路對環境的振動影響，提高城市環境質量，降低振動水平，具有一定的理論意義和社會價值。 項目採用理論分析、數值模擬計算和現場測試調研相結合的方法，對高速列車-軌道-橋樑-橋墩-基礎-周邊地基土這一振動傳播體系，主要完成了以下工作：（1）基於剛度矩陣法推導了不同地基土模型的地表面位移的Green函式；（2）基於2.5維TLM+PML方法求解分層地基土的振動，為進一步的邊界元理論提供適當的基本解；（3）列車－軌道－地基土相互作用理論分析模型；（4）基於ABAQUS建立了3維車輛—軌道—地基土動力相互作用模型，並對其進行了驗證；（5）半空間地基上移動荷載產生的振動和馬赫效應；（6）列車—軌道—梁橋半解析分析模型的建立及求解；（7）列車—軌道—橋樑—橋墩—地基土動力耦合系統的數值建模、分析和驗證；（8）幾種常用減隔振措施研究；（9）試驗研究：地下隧道實驗室的振動傳遞試驗、北京捷運5號線高架橋段結構振動與噪聲的現場測試、南京南站高速鐵路火車站站場的振動測試，對軌道交通高架橋系統的預測模型進行了驗證。 通過理論預測模型和試驗結果的綜合分析，研究了高速鐵路高架橋軌道交通系統環境振動的特點及影響因素以及振動在高速列車－高架橋樑－地基土間的傳遞規律。研究結果表明：地基土的土質狀況對振動的影響較大；地基土的阻尼比對地麵點振動的影響是一個隨距離不斷累積的過程；列車在高架橋上運行時存在臨界速度，該臨界速度與列車－橋樑－橋墩－地基土體系的動力特性密切相關。分別選取空溝、單排樁、實體波阻塊、蜂窩波阻塊四種形式的屏障對地表各點振動的隔振效果進行比較。研究結果表明：空溝對25Hz以上的振動隔振效果較好，單排樁主要對20Hz左右的振動隔振效果較好，而波阻塊對10到20Hz間的振動禁止效果較好，蜂窩波阻塊對低頻段（0-10Hz）的隔振具有顯著的效果。