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  1. 轨道交通路网的不断完善与车速的不断提高给人们的生活和出行带来诸多便利的同时,也引发了困扰人们的振动与噪声问题。国内外目前对交通引起的环境振动问题要求立法的呼声日益高涨,列车高速运行引起的环境振动问题将成为亟待解决的工程问题。由于高架轨道交通能有效节约用地,同时可以更为可靠地控制地基长期沉降,具有很好的线路平顺性和稳定性,因此在整个高速铁路线路形式中高速铁路桥梁占有很大比重。因此,研究轨道交通桥梁段...查看更多
  2. 随着城市现代化进程的不断推进,轨道交通网络逐渐变得密集。不断增加的轨道交通线路和不断提高的车速与列车通行频率为线路附近的居民生活带来了诸多便利,但同时也引发了困扰人们生活和工作的环境振动问题。据统计,除企业、工厂等的经营活动以及建筑施工生产活动等振动源外,交通系统运营过程中引起的环境振动成为受公众反映最多的振动问题,已引起国内外诸多学者、科研机构的广泛关注。
    在轨道交通线路中,列车在桥梁上运行,由于轮轨之间粗糙度的自激激励作用会引起轮轨系统发生振动。轮轨系统的振动通过轨道向下传递到桥跨结构及桥墩、桥台等桥梁下部结构,进而通过基础传递至土层中。传递至地基中的振动能量以弹性波的形式向外传播,该过程会对轨道交通线路附近的居民身心健康产生不良影响,同时影响临近建筑物中精密仪器的正常使用等。对环境振动的振源、传播路径、受振体进行系统的研究,以便于合理地评价和分析轨道交通对环境振动的影响,从而满足合理规划设计铁路和城市轨道交通路网工程的实际需要,这对于绿色轨道交通的可持续发展,改善城市环境质量,降低振动水平,提高城市居民的生活品质,保障建筑物的长期使用安全具有十分重要的理论和现实意义。
    作者自2010年9月进入博士学习阶段以来,一直从事轨道交通车辆运行引起的环境振动机理及减振降噪相关的研究工作。在母校学习期间,先后参与了四川省应用基础研究重点项目“高架轨道交通引起的环境振动及减振研究”(2010JY0026)、国家高技术研究发展计划(“863”计划)子课题“高速铁路桥梁结构噪声机理与桥梁减振降噪装置理论研究”(2011AA11A103)、国家自然科学基金面上项目“轨道交通桥梁结构噪声的全频段预测、评价准则及控制策略研究”(51378429)等科研项目。自工作以来,主持了国家自然基金青年项目“基于功率流理论的高架轨道交通车致环境振动机理研究”(52008123)和贵州 
    省科技计划基础研究项目“基于频响函数的高架轨道交通车致自由场振动机理研究”(黔科合基础[2018]1058)。针对轨道交通桥梁段列车过桥引起的环境针对理论、减振降噪措施及工程应用进行了较为深入的研究,取得了一些研究成果。
    本书针对轨道交通桥梁段车致地面振动的产生机理、预测理论和现场试验开展了研究并对敏感参数进行了分析,全书共9章。第1章对轨道交通环境振动的研究现状,尤其是桥梁段的轨道交通分析方法进行了简要回顾;第2章扼要介绍了针对环境振动影响的评价方法和标准;第3章介绍了车辆-轨道-桥梁耦合振动分析的预测模型和推导方法;第4章介绍了成层地基自由场Green函数的推导和分析方法;第5章介绍了桩基-地基耦合模型的桩基动力阻抗求解方法和土体响应分析;第6章介绍了典型自由场受轨道交通桥梁段列车运行引起的环境振动现场试验;第7章采用分析模型研究了轨道交通桥梁段的环境振动分析方法和环境振动传播特性;第8章分析了简支梁桥段车致环境振动分析的影响敏感参数;第9章分析了连续梁桥边墩和中墩支座刚度对各指标响应的影响规律。
    本书是作者自攻读博士学位以来10余年研究成果的基础上经补充、完善而成的。其内容包含了作者在国家自然基金青年项目“基于功率流理论的高架轨道交通车致环境振动机理研究”(52008123)和贵州省科技计划基础研究项目“基于频响函数的高架轨道交通车致自由场振动机理研究”(黔科合基础[2018]1058)等相关科研项目资助下取得的最新研究进展。同时,本书还结合了作者在母校学习期间的一些研究方法和试验、调研结果,在此感谢导师李小珍教授和师兄张迅副教授给予的指导和帮助。此外,期盼本书的出版能对读者有所裨益。西南交通大学出版社为本书的出版付出了辛勤劳动,在此表示衷心感谢。
    由于时间紧迫和作者水平有限,书中难免存在疏漏和不足之处,恳请专家和读者批评指正。

    著  者
    2022年1月
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  1. 第1章  绪  论 001
    1.1  轨道交通环境振动问题 001
    1.1.1  车致环境振动问题的产生与传播 002
    1.1.2  轨道交通的环境振动困扰 004
    1.2  轨道交通环境振动研究现状 005
    1.2.1  车辆轨道-桥梁耦合振动模型研究 006
    1.2.2  振动波在地基土中的传播研究 010
    1.2.3  桩-土动力相互作用研究 014
    1.2.4  高架轨道交通的环境振动问题研究 015

    第2章  振动对环境的影响评价及标准 017
    2.1  振动的参量 017
    2.1.1  振动频率 017
    2.1.2  振动强度 019
    2.1.3  振动方向 019
    2.1.4  振动接触持时 019
    2.2  振动评价指标 020
    2.3  我国控制标准 024
     
    第3章  车辆-轨道-桥梁耦合振动频域模型研究 027
    3.1  无限长Euler-Bernoulli梁动柔度 030
    3.2  自由边界Euler-Bernoulli梁动柔度 033
    3.2.1  自由边界Euler梁振型的求解 033
    3.2.2  谐荷载作用下自由边界Euler梁受迫振动 035
    3.3  1/8车辆-轨道-桥梁耦合模型 038
    3.3.1  车轮导纳 039
    3.3.2  轮轨接触弹簧导纳 041
    3.3.3  轨道-桥梁耦合模型导纳 043
    3.3.4  动态轮轨相互作用力 051
    3.3.5  桥梁支座动反力 054
    3.3.6  高速铁路轨道谱 055
    3.4  1/2车辆-轨道-桥梁耦合模型 057
    3.4.1  轮轨系统导纳 058
    3.4.2  多车轮激励的轮轨耦合作用 064
    3.4.3  动态轮轨力及桥梁支座动反力频谱 066

    第4章  层状土的频域Green函数 068
    4.1  三维弹性介质基本方程 068
    4.2  频域-波数域变换 071
    4.3  地基土的刚度矩阵 072
    4.3.1  薄层单元的单刚矩阵 072
    4.3.2  基础底部边界条件 077
    4.3.3  成层土总刚矩阵 078
    4.4  成层土Green函数 078
    4.4.1  刚度矩阵的谱分析 078
    4.4.2  频率-波数域Green函数 083
    4.4.3  常用荷载变换 084
    4.4.4  层状土频率-空间域Green函数 087
    4.5  层状土的频散特性 089

    第5章  桩基动力阻抗及场地动力响应 092
    5.1  桥梁桩基动力阻抗 093
    5.1.1  群桩基础的桩基-地基节点群 093
    5.1.2  承台-群桩基础的基础-地基节点群 094
    5.1.3  基础动力阻抗 095
    5.2  桩基周围自由场响应 100
    5.3  参数分析 104
    5.3.1  基础类型的影响 104
    5.3.2  地基土剪切波速的影响 105
    5.3.3  地基土密度的影响 107
    5.3.4  地基土阻尼比的影响 108

    第6章  自由场振动的现场试验研究 112
    6.1  自由场振动的现场测试 112
    6.1.1  工程概况 112
    6.1.2  测点布置 117
    6.1.3  测试工况 118
    6.2  测试数据的预处理 119
    6.2.1  消除趋势项 119
    6.2.2  测试场地的本底振动 122
    6.3  时域分析 124
    6.3.1  加速度时程 124
    6.3.2  加速度有效值 125
    6.3.3  加速度峰值 126
    6.4  频域分析 128
    6.4.1  FFT谱分析 128
    6.4.2  1/3倍频程频谱 129
    6.4.3  不同车速下总VAL对比 130
    6.4.4  不同车速下VLZ对比与评价 132
    6.5  局部放大现象成因探讨 133

    第7章  高架轨道交通环境振动研究 135
    7.1  预测模型 135
    7.2  墩顶动反力 137
    7.3  桩基动力阻抗与传递函数 140
    7.3.1  承台-群桩基础动力阻抗 142
    7.3.2  相邻基础激励对地表响应的贡献探讨 144
    7.4  层状土地基的截止频率 145
    7.5  车致自由场振动的数值解验证 146
    7.5.1  车速300 km/h工况 147
    7.5.2  车速350 km/h工况 148
    7.5.3  车速385 km/h工况 150

    第8章  车辆-轨道-简支箱梁耦合系统参数敏感性分析 152
    8.1  参数分析类型及工况 152
    8.2  车速的影响 153
    8.2.1  对动态轮轨力的影响 154
    8.2.2  支座动反力的影响 154
    8.2.3  对车体振动的影响 155
    8.2.4  对钢轨振动的影响 156
    8.2.5  对桥梁振动的影响 157
    8.2.6  对土体振动的影响 158
    8.3  扣件刚度的影响 160
    8.3.1  对动态轮轨力的影响 160
    8.3.2  对支座动反力的影响 161
    8.3.3  对车体振动响应的影响 161
    8.3.4  对钢轨振动加速度的影响 163
    8.3.5  对桥梁跨中振动加速度的影响 163
    8.3.6  对土体振动加速度的影响 164
    8.4  支座刚度的影响 166
    8.4.1  对动态轮轨力的影响 166
    8.4.2  对支座动反力的影响 167 
    8.4.3  对车体振动响应的影响 167
    8.4.4  对钢轨加速度的影响 168
    8.4.5  对桥梁加速度的影响 169
    8.4.6  对土体振动加速度的影响 169
    8.5  扣件刚度与支座刚度的协同影响 171
    8.5.1  对车体振动响应的影响 172
    8.5.2  对钢轨振动加速度的影响 172
    8.5.3  对桥梁振动加速度的影响 173
    8.5.4  对土体振动加速度的影响 174
    8.6  墩高对环境振动的影响 174
    8.7  参数敏感性及影响规律的综合评价 175

    第9章  (32+48+32)m混凝土连续箱梁支座刚度影响研究 177
    9.1  参数分析类型及工况 177
    9.2  边墩支座刚度的影响 178
    9.2.1  对动态轮轨力的影响 178
    9.2.2  对支座动反力的影响 179
    9.2.3  对钢轨加速度的影响 181
    9.2.4  对桥梁加速度的影响 181
    9.2.5  对土体振动加速度的影响 182
    9.3  中墩支座刚度的影响 183
    9.3.1  对动态轮轨力的影响 183
    9.3.2  对支座动反力的影响 184
    9.3.3  对钢轨加速度的影响 185
    9.3.4  对桥梁加速度的影响 186
    9.3.5  对土体振动加速度的影响 187
    9.4  边墩和中墩支座刚度的协同影响 189
    9.4.1  对桥梁跨中振动加速度的影响 189
    9.4.2  对土体振动加速度的影响 190
    9.5  参数敏感性及影响规律的综合评价 192
    参 考 文 献 193
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  2. 张志俊,女,贵州理工学院土木工程学院副教授,于2016年6月自西南交通大学桥梁与隧道工程专业毕业,获工学博士学位。自攻读博士直至毕业后,一直从事铁路桥梁车桥耦合振动及其环境振动理论与工程应用的研究。

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