高速列車運行引起的地面振動分析

白廣明，房海勃，王敏

高速列車運行引起的地面振動分析

白廣明，房海勃，王敏

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

隨著鐵路的提速和高速鐵路的發(fā)展，高速列車在行車的過程中產(chǎn)生的地面振動越來越被重視。由于行車速度大、軌下剛度大等特點，對地面振動會相比普速鐵路更強烈，從而產(chǎn)生更大的振動危害。對高速行車下的地面振動做了數(shù)值模擬分析，研究了高速行車條件下鐵路兩種路基形式的軌道動力響應(yīng)和地面振動特性，并做出對比分析。

地面振動；高速行車；路基；數(shù)值模擬分析

1 引言

高速鐵路行車具有速度快、運輸能力大、軌道穩(wěn)定性好等特點，為人們出行帶來巨大方便的同時，帶來的噪聲污染和地面振動問題也成為研究的重點，噪聲和振動已經(jīng)影響到了周圍居民生活和建筑的安全，同時也會影響自然環(huán)境。本文主要利用ANSYS數(shù)值模擬軟件建立了分析模型，分別分析了路堤和路塹地段兩種路基類型在高速行車條件下的地面振動情況。

2 數(shù)值模擬分析

本文采用ANSYS/LS-DYNA模擬軟件建立軌道-路基-地基三維數(shù)值模型，分別研究路堤地段和路塹地段兩種不同路基類型的地面振動問題，并利用MATLAB編程仿真取得扣件力，然后在扣件上施加隨時間變化的扣件力。

地基選取典型黃土地基參數(shù)，泊松比0.3，彈性模量取1.2×102MPa。軌道結(jié)構(gòu)采用CRTSⅠ雙塊式無砟軌道類型。

2.1 路堤段地面振動分析

分別選取運行速度200 km/h和250 km/h兩種工況，得到距離軌道13.5 m處的地面振動的加速度時程曲線，如圖1所示。

圖1 峰值加速度aMax隨距離衰減曲線

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)行車速度越大，Max的值就越大，并且2種速度隨著距中心線的距離越遠也隨之衰減，在13.5 m范圍內(nèi)急速衰減，13.5～31 m范圍內(nèi)衰減趨于平緩，31 m以后Max變化很小。其中Max在大約15 m左后出現(xiàn)拐點，疑似出現(xiàn)振動回彈現(xiàn)象。

選取1 m、3 m、5 m、8 m不同的路堤高度，研究其地面振動傳播規(guī)律，如圖2所示。

圖2 不同路堤高度的aMax值

研究可知，路堤越高，所產(chǎn)生的加速度值越大，同時峰值加速度也隨路堤高度變高衰減越小，說明路堤高度對振動的傳播有著衰減和減緩作用。同時當路堤高度很小時，振動的疑似回彈現(xiàn)象越不明顯。

2.2 路塹段地面振動分析

利用ANSYS數(shù)值模擬軟件建立軌道-路塹有限元模型。分別取運行速度200 km/h和250 km/h這2種工況，得到距離軌道13.5 m處的地面振動的加速度時程曲線。得到峰值加速度Max的變化規(guī)律，如圖3所示。

分析其傳播規(guī)律發(fā)現(xiàn)，車速越大，路塹條件下振動加速度越小，且同時隨著距離軌道越遠，加速度值越小。

取不同的路塹高度，得到峰值加速度，如圖4所示。

圖3 兩種車速下aMax值

圖4 不同路塹高度的aMax值

研究發(fā)現(xiàn)，路塹高度對振動傳播影響越小，路塹高度越大，加速度峰值越小。

3 結(jié)論

對比兩種路基類型的地面振動情況發(fā)現(xiàn)：路堤和路塹兩種路基類型的傳播規(guī)律大致相似，距離線路越遠，振動強度隨之衰減。兩種路基類型均在距線路中心線3 m左右衰減變緩，且基本為三個階段衰減。行車速度和路基高度均對兩種路基類型的地面振動有影響，且影響規(guī)律相似。在路堤段出現(xiàn)了振動回彈現(xiàn)象，路塹段無回彈現(xiàn)象。

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2095－6835（2020）20－0031－02

U211.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.010

〔編輯：嚴麗琴〕