一种车致振动影响分析方法技术

本发明专利技术涉及一种车致振动影响分析方法，所述分析方法考虑轮轨与列车风的共同激励作用，所述分析方法包括：建立轮轨

【技术实现步骤摘要】
一种车致振动影响分析方法


[0001]本专利技术涉及建筑工程科学
，特别涉及一种车致振动影响分析方法。

技术介绍

[0002]随着轨道交通的快速发展，轨道交通的形式日益复杂化和综合化，轨道交通所造成的环境振动影响也越来越显著。列车运行诱发的环境振动，会通过多种渠道传递至上部建筑结构，引发室内产生二次振动，这可能引起建筑物的结构损伤，干扰仪器的正常工作，还可能影响到人们的正常生活。
[0003]列车对建筑结构的振动影响分析是一个十分复杂的问题，从动力学角度来看主要包括轮轨不平顺引起的振动激励及列车高速突入轨行区空间引起的列车风压荷载激励。随着列车运行速度的提高，车致振动在整体振动响应中所占的比例变得越来越不可忽视。特别是对于采用了共构结构(指共构设计、共构建设的列车轨行区结构与建筑结构)的大型交通枢纽，高铁列车下穿封闭空间所引起的风压随着列车行驶速度的提高成指数级提高，此时列车风所引起的振动在整体车致振动响应中所占的比例也变得不可忽视。(“车致振动”是指列车行进所引起的振动，这个振动包括两部分，一部分是列车轮轨和轨道碰撞引起的振动，叫轮轨激励；一部分是列车快速穿过隧道引起的空气风压引起的振动，叫做列车风。这两种激励共同作用，引起上部建筑结构振动。)
[0004]在以往的研究中，由于列车运行环境或过站车速限制，往往忽略了列车风对结构振动的影响，需要一种同时考虑轮轨与列车风的共同激励作用的车致振动影响分析方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的缺陷。r/>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种车致振动影响分析方法，所述分析方法考虑轮轨与列车风的共同激励作用，所述分析方法包括以下步骤：
[0007]步骤S110，建立轮轨
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承轨结构的力学模型，得到轮轨对承轨各节点的激励时程；
[0008]步骤S120，建立列车风空气动力学计算模型，得到列车风对建筑结构动力作用的激励时程；
[0009]步骤S130，建立轨行区结构
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上部建筑结构的整体力学计算模型，分别输入所述轮轨对承轨各节点的激励时程和所述列车风对建筑结构动力作用的激励时程，分析得到建筑结构各部分的动力响应。
[0010]优选地，所述步骤S110，还包括，计算整个车辆模型的自由度，建立车辆动力学模型。
[0011]优选地，所述步骤S110，还包括，将各减振措施的力学参数等效成弹簧
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阻尼系统，建立轨道动力学模型。
[0012]优选地，所述步骤S110，还包括，分析道岔部分零部件的变截面和非线性力学特性，建立道岔动力学模型。
[0013]优选地，所述步骤S110，还包括，计算土层的剪切模量和阻尼比，建立土体
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人工边界子模型。
[0014]优选地，所述步骤S110，还包括，计算轮轨表面粗糙度谱，对轨道不平顺进行数值模拟。
[0015]优选地，所述步骤S110，还包括，计算轮背与钢轨的接触力，建立车岔相互作用模型。
[0016]优选地，所述步骤S120，还包括，计算列车风激励的控制方程，建立列车隧道空气动力学模型。
[0017]优选地，所述步骤S120，还包括，列车风激励的控制方程包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、流体状态方程。
[0018]优选地，所述步骤S120，还包括，采用Realizable K
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ε两方程模型，对湍流进行数值模拟。
[0019]优选地，所述步骤S130，还包括，采用光滑启动技术，初始化列车运行速度。
[0020]本专利技术的有益效果在于：本专利技术所提供的一种车致振动影响分析方法，同时考虑轮轨与列车风的激励作用，分析了整个车辆
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建筑结构系统的动力学相互作用，得到了建筑结构各部分的动力响应，解决了以往研究忽略列车风对结构振动影响的问题。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例的一种车致振动影响研究方法的分析流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例的车辆动力学模型示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例的车辆动力学模型坐标系示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例的有砟轨道结构力学模型示意图；
[0025]图5为本专利技术实施例的板式无砟轨道结构力学模型示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例的SSFST无砟轨道结构力学模型示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例的道岔群空间精细化有限元模型示意图；
[0028]图8为本专利技术实施例的列车风数值计算流程图；
[0029]图9为本专利技术实施例的轮轨激励下的天桥跨中竖向加速度图；
[0030]图10为本专利技术实施例的列车风激励下的天桥跨中竖向加速度图；
[0031]图11为本专利技术实施例的列车350km/h过站时的天桥跨中竖向加速度图；
[0032]图12为本专利技术实施例的共构结构的北京大兴国际机场中心区典型剖面图；
[0033]图13为本专利技术实施例的非共构结构的青岛胶东国际机场中心区典型剖面图；
[0034]图14为本专利技术实施例的北京大兴国际机场中心区结构振动加速度响应图；
[0035]图15为本专利技术实施例的青岛胶东国际机场中心区结构振动加速度响应图；
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本
的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有
其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。
[0038]图1是本专利技术实施例提出了的一种车致振动影响研究方法的分析流程图，该研究方法考虑轮轨激励与列车风的共同激励作用，将整个车辆
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建筑结构系统的动力学相互作用分析求解分解成下面步骤：
[0039]步骤S110，建立轮轨
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承轨结构的力学计算模型。
[0040]列车运行在承轨结构上产生动力荷载作用，振动一方面通过竖向构件向上传递到上部结构，另一方面，列车在地下空间内行进所产生的行进波，与经由轨枕振动产生的振动波相叠加，通过结构和环境土层传递到地面，从而对地上建筑结构造成振动影响。所以这一步的动力学方程求解中，将轨行区相关范围内、相关深度内的土体进行建模，联合下部的桩基和筏板一起形成一个完整的车辆
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承轨结构系统。然后，利用车
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轨耦合模型动力相互作用计算的研究成果，对这个车辆—轨道系统进行动力相互作用计算，得到列车车辆对轨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车致振动影响分析方法，其特征在于，所述分析方法考虑轮轨与列车风的共同激励作用，所述分析方法包括：建立轮轨
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承轨结构的力学模型，得到轮轨对承轨各节点的激励时程；建立列车风空气动力学计算模型，得到列车风对建筑结构动力作用的激励时程；建立轨行区结构
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上部建筑结构的整体力学计算模型，分别输入所述轮轨对承轨各节点的激励时程和所述列车风对建筑结构动力作用的激励时程，分析得到建筑结构各部分的动力响应。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述建立轮轨
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承轨结构的力学模型包括：计算整个车辆模型的自由度，建立车辆动力学模型。3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述建立轮轨
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承轨结构的力学模型包括：将各减振措施的力学参数等效成弹簧
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阻尼系统，建立轨道动力学模型。4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述建立轮轨
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承轨结构的力学模型包括：分析道岔部分零部件的变截面和非线性力学特性，建立道岔动力学模型。5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘枫，张高明，何连华，岳煜斐，颜锋，申朝旭，
申请(专利权)人：中国建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：