一种轨道交通环境振动快速预测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种轨道交通环境振动快速预测方法及系统，本发明专利技术方法主要是通过将轨道交通全线或者局部较长线路范围划分成一定数量的计算断面，以等效的二维模型代替庞大的道床

【技术实现步骤摘要】
一种轨道交通环境振动快速预测方法及系统


[0001]本专利技术属于轨道交通环境振动预测
，具体涉及一种轨道交通环境振动快速预测方法及系统。

技术介绍

[0002]当前，轨道交通振动环境影响问题正呈现出新的特点：首先，密集的路网布局正逐渐扩大轨道交通振动影响的范围；其次，城市居民对于生活环境要求的普遍提高使得关注轨道交通振动环境影响问题的人群逐渐扩大；最后，经济规模和人口规模的不断扩大导致城市土地资源日趋紧张，城市可持续发展的战略目标对更加科学精准的规划体系呼吁越来越迫切，对振动环境影响评价工作的全局性、全域性寄予了越来越多的期望。
[0003]鉴于上述原因，轨道交通环境振动预测不再止于解决以敏感点为代表的个案，而客观要求发展新的预测和管理模式，以实现对沿线更大区域环境振动分布情况的快速预测和直观呈现。早在20世纪60年代，德国、捷克等欧洲国家开始通过噪声地图来反映城市区域噪声的分布和影响，噪声地图的成功应用以及其长期以来所发挥的良好社会效益为城市区域环境振动管理提供了思路和指引，这对轨道交通环境振动的快速预测和可视化管理提供了很好的借鉴，而建立快速高效的预测方法是轨道交通环境振动可视化管理的前提。而现有技术因受求解效率和计算机求解能力限制，只能局限于较小区域或局部敏感点的轨道交通环境振动预测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种轨道交通环境振动快速预测方法及系统，采用理论仿真与试验修正相结合的方式完成对轨道交通环境振动的快速预测。本专利技术以等效的二维模型代替庞大的道床
‑
隧道
‑
土体三维半空间模型，提升了单个模型的求解效率，并且基于循环建模和求解实现了对轨道交通全线或较长线路范围内沿线环境振动的快速预测和评价，打破了现有技术因受求解效率和计算机求解能力限制只能局限于较小区域或局部敏感点的轨道交通环境振动预测的困境。
[0005]为实现技术效果，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]本专利技术公开了一种轨道交通环境振动快速预测方法，包括如下步骤：
[0007]根据轨道交通环境，建立车辆
‑
轨道
‑
隧道子系统动力学模型并进行频域求解得到作用在扣件上的支点反力；
[0008]根据支点反力，对轮轨荷载激励进行纵向线性等效处理得到等效化纵向均布荷载；
[0009]建立频域分析模型，在频域分析模型中施加等效化纵向均布荷载，求解得到理论振动响应；
[0010]在与频域分析模型数据提取点对应的测点进行现场测试，获取实测振动响应，当隧道上方覆土为单一土层时，只在地面选取至少3个测点；当隧道上方覆土为多个土层时，
在地面及各土层分界面均设置至少3个测点；所述实测振动响应数据包括用于校准等效化纵向均布荷载所需的数据；
[0011]根据实测振动响应与理论振动响应的频谱分析比较，对等效化纵向均布荷载进行修正；
[0012]在频域分析模型中施加修正后的等效化纵向均布荷载以完成对轨道交通环境振动快速预测。
[0013]进一步地，基于车辆
‑
轨道耦合动力学理论建立车辆
‑
轨道
‑
隧道子系统动力学模型，采用随机动力学理论进行频域求解。
[0014]进一步地，所述等效化纵向均布荷载为：L
F
(f
i
)＝[P1(f
i
)+P2(f
i
)
×
(1+d)/d]×
N
b
×
N
w
/L
car
，
[0015]其中，L
F
为等效化纵向均布荷载，P1、P2为与轮对下方相邻的两个扣件的支点反力，N
b
是每节车辆的转向架数，N
w
是每节车辆的转向架数；L
car
为每节车辆的长度，d为轨枕间距，f
i
为频率。
[0016]进一步地，所述建立频域分析模型具体包括：将轨道交通道路纵向划分为若干个计算断面，提取各计算断面土体的分层信息，并依据工程地质勘察资料获得各层土体的物理参数，根据各计算断面土体的分层信息和物理参数，基于谐响应分析技术，建立频域分析模型。
[0017]进一步地，所述频域分析模型为轨道
‑
隧道
‑
大地子系统二维频域分析模型。
[0018]进一步地，所述根据实测振动响应与理论振动响应的频谱分析比较，对等效化纵向均布荷载进行修正，具体包括：对实测振动响应以与等效化纵向均布荷载相同的频率间隔进行频谱分析，并与理论振动响应的频谱进行对比得到修正系数，利用修正系数对等效化纵向均布荷载进行修正。
[0019]进一步地，所述修正系数＝理论振动响应/实测振动响应，式中的理论振动响应和实测振动响来自频域分析模型与现场测试环境中对应位置的测点。
[0020]进一步地，当采用多个测点进行等效化纵向均布荷载修正时，所述修正系数采用各测点修正系数的算术平均值。
[0021]进一步地，所述在频域分析模型中施加修正后的等效化纵向均布荷载以完成对轨道交通环境振动快速预测，具体包括：基于谐响应分析技术，按照一定顺序依次、循环完成所有计算断面频域分析模型的建立，在频域分析模型中施加修正后的等效化纵向均布荷载以完成对轨道交通环境振动快速预测。
[0022]本专利技术还公开了一种轨道交通环境振动快速预测系统，包括：
[0023]数据采集模块，用于采集数据，通过在与频域分析模型数据提取点对应的测点进行现场测试，获取实测振动响应，当隧道上方覆土为单一土层时，只在地面选取至少3个测点；当隧道上方覆土为多个土层时，在地面及各土层分界面均设置至少3个测点；
[0024]所述实测振动响应数据包括用于校准等效化纵向均布荷载所需的数据；
[0025]理论预测模型，用于根据轨道交通环境，建立车辆
‑
轨道
‑
隧道子系统动力学模型并进行频域求解得到作用在扣件上的支点反力；根据支点反力，对轮轨荷载激励进行纵向线性等效处理得到等效化纵向均布荷载；建立频域分析模型，在频域分析模型中施加等效化纵向均布荷载，求解得到理论振动响应；根据实测振动响应与理论振动响应的频谱分析
比较，对等效化纵向均布荷载进行修正；在频域分析模型中施加修正后的等效化纵向均布荷载以完成对轨道交通环境振动快速预测。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术公开了一种轨道交通环境振动快速预测方法及系统，该方法包括：根据轨道交通环境，建立车辆
‑
轨道
‑
隧道子系统动力学模型并进行频域求解得到作用在扣件上的支点反力；根据支点反力，对轮轨荷载激励进行纵向线性等效处理得到等效化纵向均布荷载；建立频域分析模型，在频域分析模型中施加等效化纵向均布荷载，求解得到理论振动响应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通环境振动快速预测方法，其特征在于，包括如下步骤：根据轨道交通环境，建立车辆
‑
轨道
‑
隧道子系统动力学模型并进行频域求解得到作用在扣件上的支点反力；根据支点反力，对轮轨荷载激励进行纵向线性等效处理得到等效化纵向均布荷载；建立频域分析模型，在频域分析模型中施加等效化纵向均布荷载，求解得到理论振动响应；在与频域分析模型数据提取点对应的测点进行现场测试，获取实测振动响应，当隧道上方覆土为单一土层时，只在地面选取至少3个测点；当隧道上方覆土为多个土层时，在地面及各土层分界面均设置至少3个测点；所述实测振动响应数据包括用于校准等效化纵向均布荷载所需的数据；根据实测振动响应与理论振动响应的频谱分析比较，对等效化纵向均布荷载进行修正；在频域分析模型中施加修正后的等效化纵向均布荷载以完成对轨道交通环境振动快速预测。2.根据权利要求1所述的一种轨道交通环境振动快速预测方法，其特征在于，基于车辆
‑
轨道耦合动力学理论建立车辆
‑
轨道
‑
隧道子系统动力学模型，采用随机动力学理论进行频域求解。3.根据权利要求1所述的一种轨道交通环境振动快速预测方法，其特征在于：所述等效化纵向均布荷载为：L
F
(f
i
)＝[P1(f
i
)+P2(f
i
)
×
(1+d)/d]
×
N
b
×
N
w
/L
car
，其中，L
F
为等效化纵向均布荷载，P1、P2为与轮对下方相邻的两个扣件的支点反力，N
b
是每节车辆的转向架数，N
w
是每节车辆的转向架数；L
car
为每节车辆的长度，d为轨枕间距，f
i
为频率。4.根据权利要求1所述的一种轨道交通环境振动快速预测方法，其特征在于：所述建立频域分析模型具体包括：将轨道交通道路纵向划分为若干个计算断面，提取各计算断面土体的分层信息，并依据工程地质勘察资料获得各层土体的物理参数，根据各计算断面土体的分层信息和物理参数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋义，罗伟，朱彬，张政，张世杰，杨艳丽，林超，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：