【摘 要】
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城市轨道交通作为缓解城市公共交通拥堵的有效手段之一,在近十年得到快速发展。然而大量轨道交通减振措施一般考虑了轮轨激励源特性,从而保证自身提供较好的减振效果,少有能从整个轨道交通振动传播系统特性角度出发设计针对性的减振措施,尤其是作为地下线主要振动传播介质的环境土体,因其在传递路径中一般处于减振措施之后,所以很少在轨道隔振措施设计中被考虑。而振动控制的目标点一般处于地表位置上,环境土体的振动传播特性
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城市轨道交通作为缓解城市公共交通拥堵的有效手段之一,在近十年得到快速发展。然而大量轨道交通减振措施一般考虑了轮轨激励源特性,从而保证自身提供较好的减振效果,少有能从整个轨道交通振动传播系统特性角度出发设计针对性的减振措施,尤其是作为地下线主要振动传播介质的环境土体,因其在传递路径中一般处于减振措施之后,所以很少在轨道隔振措施设计中被考虑。而振动控制的目标点一般处于地表位置上,环境土体的振动传播特性在振动控制中显然是不可忽略的一部分。因此,本文就轨道交通地下线轨道隔振措施与环境土体的振动传播特性匹配从而协同控制地面目标点振动响应开展了相关研究。(1)针对目前的常见的城市轨道交通地下线减振轨道结构和无减振措施轨道结构进行了隧道壁源强和地面振动响应同步测试,分析了钢弹簧浮置板轨道、采用浮轨式扣件轨道和一般无减振轨道振动传播过程,发现了5~20Hz范围内,地表振动衰减较弱甚至放大的现象。(2)利用测试断面地层土分布数据构建了水平分层土体振动分析模型,采用薄层刚度矩阵法和直接刚度法分别求解了测试断面土层的瑞利波频散曲线和振动传递函数,并与实测结果进行对比分析发现:列车荷载激励诱发了环境土体5~20Hz的共振,致使该频段地表振动难以被衰减。(3)本文提出了一种基于局域共振理念设计的声子晶体隔振器模型,从无限周期结构和有限周期结构两方面对该模型的弹性波传播特性、隔振效果和振动能量传递进行分析。通过对比实际应用的有限周期结构模型和传统质量弹簧阻尼隔振模型,推导了两类隔振模型隔振系数的显示表达式发现:当外界激励频率处于禁带范围内时,周期性带有谐振子的声子晶体隔振系统隔振系数远小于一般质量弹簧隔振系统。进一步采用Newmark-β积分方法求解了有限周期声子晶体隔振模型的振动方程,得到了激励处于禁带频率和通带频率下时系统的能量输入、分布和输出情况,分析了阻尼对该隔振模型的参数影响,验证了声子晶体隔振模型利用带隙特性隔振的效能。(4)构建了轨道隔振措施参数优化模型,结合声子晶体隔振模型效能研究采用仿真加载的方法获取了声子晶体隔振模型的等效参数,通过不依赖导数的BOBYQA优化算法获得了在约束钢轨和轨道板垂向位移及特定土层条件下能够实现地面目标点最小振动水平的声子晶体隔振器参数。为城市轨道交通振动控制提供了一种能够协同轨道减振和环境土体振动衰减特性的方法。
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