高速列车运行引起的地面振动分析

白广明，房海勃，王敏

高速列车运行引起的地面振动分析

白广明，房海勃，王敏

（杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100）

随着铁路的提速和高速铁路的发展，高速列车在行车的过程中产生的地面振动越来越被重视。由于行车速度大、轨下刚度大等特点，对地面振动会相比普速铁路更强烈，从而产生更大的振动危害。对高速行车下的地面振动做了数值模拟分析，研究了高速行车条件下铁路两种路基形式的轨道动力响应和地面振动特性，并做出对比分析。

地面振动；高速行车；路基；数值模拟分析

1 引言

高速铁路行车具有速度快、运输能力大、轨道稳定性好等特点，为人们出行带来巨大方便的同时，带来的噪声污染和地面振动问题也成为研究的重点，噪声和振动已经影响到了周围居民生活和建筑的安全，同时也会影响自然环境。本文主要利用ANSYS数值模拟软件建立了分析模型，分别分析了路堤和路堑地段两种路基类型在高速行车条件下的地面振动情况。

2 数值模拟分析

本文采用ANSYS/LS-DYNA模拟软件建立轨道-路基-地基三维数值模型，分别研究路堤地段和路堑地段两种不同路基类型的地面振动问题，并利用MATLAB编程仿真取得扣件力，然后在扣件上施加随时间变化的扣件力。

地基选取典型黄土地基参数，泊松比0.3，弹性模量取1.2×102MPa。轨道结构采用CRTSⅠ双块式无砟轨道类型。

2.1 路堤段地面振动分析

分别选取运行速度200 km/h和250 km/h两种工况，得到距离轨道13.5 m处的地面振动的加速度时程曲线，如图1所示。

图1 峰值加速度aMax随距离衰减曲线

经研究发现行车速度越大，Max的值就越大，并且2种速度随着距中心线的距离越远也随之衰减，在13.5 m范围内急速衰减，13.5～31 m范围内衰减趋于平缓，31 m以后Max变化很小。其中Max在大约15 m左后出现拐点，疑似出现振动回弹现象。

选取1 m、3 m、5 m、8 m不同的路堤高度，研究其地面振动传播规律，如图2所示。

图2 不同路堤高度的aMax值

研究可知，路堤越高，所产生的加速度值越大，同时峰值加速度也随路堤高度变高衰减越小，说明路堤高度对振动的传播有着衰减和减缓作用。同时当路堤高度很小时，振动的疑似回弹现象越不明显。

2.2 路堑段地面振动分析

利用ANSYS数值模拟软件建立轨道-路堑有限元模型。分别取运行速度200 km/h和250 km/h这2种工况，得到距离轨道13.5 m处的地面振动的加速度时程曲线。得到峰值加速度Max的变化规律，如图3所示。

分析其传播规律发现，车速越大，路堑条件下振动加速度越小，且同时随着距离轨道越远，加速度值越小。

取不同的路堑高度，得到峰值加速度，如图4所示。

图3 两种车速下aMax值

图4 不同路堑高度的aMax值

研究发现，路堑高度对振动传播影响越小，路堑高度越大，加速度峰值越小。

3 结论

对比两种路基类型的地面振动情况发现：路堤和路堑两种路基类型的传播规律大致相似，距离线路越远，振动强度随之衰减。两种路基类型均在距线路中心线3 m左右衰减变缓，且基本为三个阶段衰减。行车速度和路基高度均对两种路基类型的地面振动有影响，且影响规律相似。在路堤段出现了振动回弹现象，路堑段无回弹现象。

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2095－6835（2020）20－0031－02

U211.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.010

〔编辑：严丽琴〕