列车振动荷载的确定
列车振动：列车在轨道上运行时, 轨道不平顺是使列车产生随机振动的主要原因, 并直接影响其运行平稳和安全.轨道不平顺是由众多的随机因素引起的, 例如钢轨的初始弯曲、磨耗、损伤,弹性垫层、轨底道床路基的弹性不均匀, 轨枕间距不均,各部件之间的间隙不等,扣件失效,存在暗坑等
1.列车简化模型
通常车体在纵向和横向都是对称的,忽略轮轨之间的弹跳作用以及车体的摇摆和点头作用, 假定列车的重量均匀分配给每个轮对,于是对于列车均只取出一车轮为计算模型, 如图 1 所示.其中, mi , ki , ci 分别为质量、弹簧刚度系数和阻尼系数, P ( t) 为轮轨间的作用力, yi 为参考坐标系, 分别对应于各质量的静平衡位置. (其中轮对、大齿轮、轴箱、部分电动机重量、液压减振动器、销、均衡梁、螺旋弹簧等属于簧下质量部分；车体支承装置、构架、齿轮传动装置、基础制动装置、部分电动机重量等属于簧间质量部分；车体等属于簧上质量部分。) 假定列车以速度v = 90 km/ h 匀速运行,
图1 列车竖向振动模型
选取目前常用的某一列车型号, 其参数如下:
2.列车振动荷载数定表达式
对于如图所示的列车简化模型，其轮系竖向运动平衡微分方程（轮系的运动微分方程可按达朗贝尔原理写出）为
（1）
忽略轮轨间的弹跳作用，轮系竖向加速度等于轨底振动加速度，即：
（2）N代表采集数据个数，分析中采用了快速付里叶变换，n=0、1.2.……N/2-1
《注释：列车在轨道上运行时, 轨道不平顺是使列车产生随机振动的主要原因, 并直接影响其运行平稳和安全.轨道不平顺是由众多的随机因素引起的, 例如钢轨的初始弯曲、磨耗、损伤,弹性垫层、轨底道床路基的弹性不均匀, 轨枕间距不均,各部件之间的间隙不等,扣件失效,存在暗坑等, 所有这些因素沿轨道的随机分布决定了轨道不平顺的随机性, 决定了它是一个距离的随机过程.当车速为匀速时,列车振动可看成是一个具有零均值的各态历经的平稳高斯过程（需要查资料）.忽略轮轨间的弹跳作用, 轮系竖向加速度y0可看作为轨底振动加速度，根据轨道加速度测试数据和分析车辆体系的振动得到了列车荷载的模拟数定表达式,由于y 0 是距离的函数,故可利用x = v t ,将y 0的自变量x 转换为t ,得到y0对时间t 的随机过程.，列车引起的振动具有随机特性,而且可以认为它是一个各态历经过程,因而可以将其分解为一系列不同频率的谐波。各次谐波的幅值可由傅里叶变换得到。》
将( 2 ) 式代入( 1 ) 式，解( 1) 式（解微分方程），并略去瞬态项，积分常数可由初始条件定出，即可求出y1,y2，由图1所示，根据竖直方向的动力平衡条件可得：
（3）
假定轮轨作用力P( t )经钢轨等传递成沿隧道纵向均匀分布在每钢轨位置处的线荷载为，
（4）
其中：L为机车长度，n 为机车轮对数；根据铁路部门提供的资料，L = 2 0 ．3 6 8 m，n =6。将各参数代入式(3 )～( 4) ，即可得列车竖向振动荷载的模拟表达式，利用O r i g i n绘出其时程曲线如图2所示。
图2 列车竖向振动荷载时程曲线
1) 由于轨道不平顺具有很大的不确定性, 在进行振动分析时,应从随机振动的角度,将轨道不平顺等视为随机过程来处理.
2) 本文利用结构动力学、结构随机振动和数理统计的原理,推导了列车竖向随机响应的计算公式,概念清晰
3) 本文的列车振动响应分析, 并非一般意义的模拟分析,当车型、车速及轨道等不同时, 需根据实际情况,对车辆轮系振动模型等作相应改变, 再用本文所述的方法模拟列车荷载, 并进行列车竖向响应分析.
4 ) 通过现场测试数据模拟列车振动荷载，对进一步研究列车振动对隧道结构稳定的影响具有重要的参考价值。
目的：研究成果对评价既有提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性和完善铁路隧道结构的设计理论具有一定的指导意义。
列车时速：地铁公司介绍，试验按低速到高速，从紧急制动到常用制动，从气制动到电制动的原则进行，速度从60km／h开始，当试验速度大于80km／h后，以10km／h的幅度提高，逐步提速到120km／h，往返进行。5月17日1：50，三号线车辆成功跑到最高时速120km，创下了国内地铁最高时速。
《高速铁路概论》课程报告浅谈高速铁路轨道技术 完成人：谢大海（20072102） 完成时间：2011年4月19日
浅谈高速铁路轨道技术 摘要：随着生活水平的提高，生活节奏的加快，人们对交通工具有了新的要求，不但要舒适、安全、更要高速。本文将围绕因此而催生的高速铁路在解决上述问题时所遇到的问题及解决方案。 关键词：高速铁路、有碴轨道、无碴轨道。 高速铁路轨道和普通铁路轨道一样,由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔等部分组成。这些力学性质绝然不同的材料承受来自列车车轮的作用力,它们的工作是紧密相关的并对列车运行质量产生直接的影响,因此铁路轨道要用系统论的观点和方法进行研究。 有碴轨道和无碴轨道的应用范围 高速铁路轨道结构主要类型有有碴轨道和无碴轨道。 有碴轨道是铁路的传统结构。它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。但随着行车速度的提高,其缺点也逐渐显现。首先,由于有碴轨道不均匀下沉产生的120 Hz以下频率范围的激振严重,轨道破损和变形加剧,从而使维修工作量显著增加,维修周期明显缩短。 根据德国高铁资料,当行车速度为250～300 km /h时,其线路维修费用约为行车速度为160～200 km /h时的2倍;速度为250～300 km /h时,通过总重达3 亿吨后道碴就需全部更换,而在160～200 km /h时,通过总重则可达10亿吨。 日本对高速铁路桥上的有碴轨道与无碴轨道维修费用进行的统计分析表明,有碴轨道的线路维修费用比无碴轨道高111% ,也就是说有碴轨道的维修费用相当于无碴轨道的2倍多。 基于这一情况,许多专家认为,从经济角度和维修管理角度看,高速铁路应采用无碴轨道。特别是在桥隧结构上,由于无碴轨道减少了二期恒载和建筑高度,采用无碴轨道更为有利。除此以外,无碴轨道还具有使用寿命长、线路状况良好、不易胀轨跑道、高速行车时不会有石碴飞溅等优点,因此无碴轨道在国外高速铁路上获得了越来越广泛的应用,其铺设范围已从桥梁、隧道发展到土质路基和道岔区,无碴轨道结构在高速铁路上的大量铺设已成为发展趋势。 世界上一些国家铺设有碴轨道和无碴轨道的概况 日本除在1964年开通的东海道新干线未采用无碴轨道外,其后修建的高速铁路采用无碴轨道的比例逐年增加: 1972年开通的山阳新干线占4. 9%; 1975 年开通的山阳新干线占68. 6%; 1991 年开通的东北新干线占82%; 1990 年开通的上越新干线占90%; 1997 年开通的北陆新干线占87. 5%。德国认为,当运营速度超过300 km /h时,有碴轨道会出现道碴粉化现象,需要经常维修,由于维修成本增加,其最终成本要比无碴轨道高。德国在20世纪70年代修建的高速铁路,无碴轨道不足30%; 而1998年开通的柏林—汉诺威高速铁路,无碴轨道比例达到80%以上。
关于地铁列车运行中振动和噪声问题的探讨 作者：来瑞珉 地铁列车运行引起的噪声和环境振动问 题日趋突出，引起了各有关部门的高度重视。结合城市既有地铁线路两侧的噪声和环境振动出现的问题和影响以及对周围环境的影响程度和应该采取的不同减振减噪措施，以期对后续的地铁工程建设环境影响评价、工程设计提供一定的参考依据。 城市轨道交通在运营中不可避免地要产生噪声，对司机、乘客以及周围的行人、居民产生或多或少的影响。本线为市域快速线，行车速度较高，其车辆的减振降噪问题更是突出。因此，有针对性地寻求降低、衰减噪声的措施和途径，对现存的噪声进行防护，最大限度地降低对人体造成的损伤，是城市轨道交通减振降噪的主题。减振降噪主要从噪声源（车辆、线路）和传播途径上着手。地铁车辆运行中主要噪声有两种来源，一是因为轮轨接触而产生的轮轨滚动噪音，二是牵引电动机产生的电动-机械噪音。这些噪声源恶化了地铁车辆车厢内的环境。在地铁车辆编组中的拖车主要引起轮轨接触的滚动噪声，动车中还有电动-机械噪音。轮轨接触引起的噪音主要分为三种：滚动噪音、刺耳尖利的摩擦噪音和通过曲线时的蠕滑噪音。由于汉城地铁有很多曲线地段，因此摩擦噪音和蠕滑噪音出现比较频繁。其中车辆的减振降噪是从噪声源上降噪，涉及车辆动力系统、传动系统、车体、转向架等，这些都涉及车辆制造行业的技术进步。通过有关资料介绍在这方面的降噪是有一定限度的，在此限度以上，要降低每一分贝的成本都是极高的。因此车辆的减振降噪只能是在现有技术条件下，在投资控制范围内进行，以满足本线噪声指标要求。 列车运行噪声主要由轮轨噪声、车辆动力系统和非动力系统噪声。以及高架桥梁结构的振动辐射噪声组成。列车运行噪声不仅全方位向空间传播，而且具有声级高、频带宽、影响范围广、不易治理等特点。因此在线路规划阶段就应充分考虑尽量避绕噪声敏感建筑，以达到缩小列车运行噪声影响范围，减少噪声影响人数的目的。对噪声的防治最直接有效的办法是控制并降低噪声源强，噪声源强的控制，包括选用低噪声车辆、对轮轨系统和桥梁结构采取减振措施等，但是采取这些措施后仍不能保证沿线环境噪声达标，因此还应从噪声传播途径采取拦截措施，包括采用设置声屏障及对噪声敏感建筑采取保护性措施如对敏感建筑加设隔声门和双层玻璃窗密闭或对个别敏感建筑物采取搬迁或功能置换等。从多方面同时采取措施即采取综合防治措施，才能达到噪声防治的预期目标。
第25卷 第7期 岩石力学与工程学报 V ol.25 No.7 2006年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，2006 收稿日期：2005–05–23；修回日期：2005–08–22 基金项目：广东省自然科学研究基金资助项目(5300512) 作者简介：王祥秋(1968–)，男，博士，1989年毕业于本溪冶金高等专科学校，现任副教授，主要从事岩土与地下结构工程方面的教学与研究工作。E-mail ：tongji_wxq@https://www.doczj.com/doc/a815627129.html, 列车振动荷载作用下隧道衬砌结构 动力响应特性分析 王祥秋1，杨林德2，周治国3 (1. 佛山科学技术学院 环境与土木建筑工程学院，广东 佛山 528000； 2. 同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092； 3. 广州市建筑科学研究院，广东 广州 510440) 摘要：论述隧道衬砌结构动力有限元分析的理论与数值计算方法，并以京广线朱亭隧道列车振动荷载现场测试成果为基础，通过对3种不同断面形状的隧道衬砌结构的动力响应特征进行分析研究，可获得隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度及各种内力时程曲线。研究成果对评价既有提速铁路隧道衬砌结构的动力稳定性和完善铁路隧道结构的设计理论具有一定的指导意义。 关键词：隧道工程；动力有限元分析；衬砌结构；列车振动荷载 中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)07–1337–06 DYNAMIC RESPONSE ANALYSIS OF LINING STRUCTURE FOR TUNNEL UNDER VIBRATION LOADS OF TRAIN WANG Xiangqiu 1，YANG Linde 2，ZHOU Zhiguo 3 (1. School of Environment and Civil Engineering ，Foshan University ，Foshan ，Guangdong 528000，China ； 2. Department of Geotechnical Engineering ，Tongji University ，Shanghai 200092，China ； 3. Guangzhou Institute of Building Science ，Guangzhou ，Guangdong 510440，China ) Abstract ：A theory of dynamic FEM and a numerical method for the lining structure of tunnels are put forward. Based on in-situ measurement results of vibration loads for the train running on the Zhuting tunnel of Beijing —Guangzhou Line ，the dynamic response characteristics for three types of tunnels with different cross-sections are investigated. And then ，the distributing characteristics of the vertical displacements and internal forces are obtained for the lining structures of three types of tunnels. The research results have important denotation not only for the dynamic stability evaluation of tunnel structures for speeded railway but also for the tunnel design and construction of railway. Key words ：tunneling engineering ；dynamic analysis of finite elements ；lining structure of tunnel ；vibration loads of train 1 引 言 随着我国各主要铁路干线列车运行速度的不断提高，与铁路建设相关的技术问题已逐步展开研究。 隧道工程是铁路工程中不可避免的重要建设项目，列车运行速度的提高势必造成列车振动荷载进一步加大，从而对隧道结构的动力稳定性提出了更高的要求。因此，如何评价列车提速后原有隧道结构的抗振稳定性，已成为工程师们普遍关注的问题之一。
黄土地区高速铁路环境振动特性分析 发表时间：2018-04-16T11:17:14.650Z 来源：《防护工程》2017年第35期作者：白广明王东陈迁[导读] 分析了列车速度为250km/h下黄土地基地面振动的传播和衰减规律，研究结果对黄土地区环境振动特性分析提供了一定的参考。 兰州交通大学兰州 730070 摘要：为了研究黄土地区高速铁路路堤对地面振动的影响，应用ANSYS (LS-DANY)软件建立高速铁路轨道-路基系统三维数值模拟动力学模型对不同高速铁路速度引起的地面振动进行了数值模拟分析。本文分析了250km/h车速下黄土路堤的地面振动的传播与衰减规律。结果表明距轨道中心线8.8m内，即路堤坡脚以内地面振动衰减迅速，路堤坡脚至30m衰减很缓慢，30m以后衰减极小几乎不衰减，并在在 32m处出现了一定的振动“反弹”现象。研究结果对黄土地区环境振动特性分析提供了一定的参考。关键词：高速铁路地面振动路堤黄土 0引言 铁路振动不但影响沿线居民的正常生活与工作，还会对沿线建筑物的安全和精密仪器的正常使用造成影响。朱志辉、余志武等人建立车－桥－墩－桩－土耦合系统的三维有限元模型，认为地面振动强度与列车速度并不是不是线性递增的，而是与上部结构的振动有关。董国庆利用有限元数值软件对高速铁路高架桥段诱发的地面振动及地面隔振进行了研究。黄土地区高速铁路引起环境振动的研究比较少，因此针对黄土地区，开展高速铁路引起的环境振动现场实测和理论研究具有非常重要意义。1列车引起环境振动传播特性 在研究高速铁路环境振动问题时，通常将将土体假设为各向同性的弹性介质体，把土体中传播的应力波简化作弹性波。振动荷载的能量以应力波的形式在土体中向四周各个方向传播。在土体中传播的振动波按照振动方向与传播方向的关系分为有三种剪切波（S波）、压缩波（P波）和表面波（R波）。R波又叫做Rayleigh波，和压缩波统称为体波。能量波在土体中的波速的计算公式： 2 车辆-轨道垂向力模型 2.1车辆模型计算参数 CRH2高速列车采用八节编组形式，计算模型参数如表1所示。表1计算模型参数 2.2列车荷载的计算
钢轨波磨对地铁列车振动噪声的影响 摘要轨道交通车辆主要噪声来源于两部分，即轮轨噪声和车辆本身部件噪声，轮轨噪声主要是车辆在轨道上正常运行、加减速、过弯道等产生的轮轨滚动噪声、冲击噪声、啸叫噪声、刹车噪声，车辆本身部件噪声主要由其具有噪声源的电气部件产生，如受流装置、空桶与通风系统、牵引辅助系统、制动风源系统、PIS广播系统等。 关键词地铁；橡胶隔振垫轨道；钢轨波磨；振动；车内噪声 轨道交通系统作为一种公共交通形式，目前已发展成为现代化大中型城市公共交通的骨干。轨道交通系统通常具备安全快捷、省地节能、全天候、运量大及污染少等特点，可在缓解人口密集城市交通压力、拓展城市空间及治理城市环境污染等过程中起到至关重要的作用在城市轨道交通快速发展的同时，随着人们生活水平的提高、环保意识的加强以及噪声防治相关法律的强制实施，地铁列车车内噪声问题日益突出，受到了社会上的广泛关注[1]。 地鐵列车噪声源主要包括轮轨噪声、辅助设备噪声、集电系统噪声、牵引系统噪声等。国内外相关研究结果表明，车辆运行速度小于60 km/h时，列车牵引电机及辅助设备噪声占主要成分；当车辆运行速度在60～200 km/h时，轮轨噪声占主要成分；当车辆运行速度大于200km/h时，空气动力噪声占主要成分[2]，如图1所示。地铁列车运营时度通常为60～120 km/h，运行在该速度区间列车车内噪声的最为主要声源为轮轨噪声[2，3]。 通过国内外专家长期的分析与研究表明轮轨表面不平顺是激发轮轨振动的主要原因，而轮轨噪声的直接原因是轮轨振动。运用噪声辐射及传播理论和多体动力学理论，考虑了包括轮轨表面粗糙度、接触滤波、地面反射在内等因素对轮轨噪声的影响，建立了轮轨噪声预测模型，并通过轮轨噪声预测软件（如STTIN），预测并评价了钢轨、车轮及轨枕的振动辐射噪声。所有这些研究成果都是以钢轨、车轮、轨枕为研究对象，预测的是轮轨向环境的辐射噪声。而轮轨激励下车厢壁板振动所辐射的噪声，至今少见相关研究。实际上，车厢壁板振动所产生的声辐射是一个重要的噪声源。至于具体影响有多大，就需要根据现场测试数据进行定量的分析。 1 钢轨波磨测试 地铁轨道形式种类较多，不同軌道形式的减振效果也不相同，产生的噪声也存在差异。所以本文主要是针对橡胶隔振垫轨道的钢轨波磨对车内噪声的影响。现场调查了国内某地铁线路一段曲线半径为450m的橡胶隔振垫轨道。 图2为钢轨打磨前后表面不平顺频谱图，从图中可以看出打磨前曲线低轨存在明显的30～50mm波磨，高轨不存在明显的波磨。打磨后低轨的30～50mm波磨被打磨掉，特征不平顺水平下降了20dB。左右轨打磨磨痕覆盖了整个轨顶区
高速铁路达到的基本要求 沉降观测基本要求 一、沉降变形观测首次开展工作的时间性要求： 1、桥梁： 从承台施工完成后就要进行首次观测，承台观测标为临时观测标，当墩身观测标正常使用后，承台观测标将回填不再使用，随施工的逐步进行依次进行墩身、桥台、梁体的变形观测。 2、隧道： 从一段水准基点间隧道填充或底板施工完成后立即进行，观测时间不得少于三个月。 3、路基： 路堤地段从路基填土开始进行沉降观测，路堑地段从级配碎石顶面施工完成后开始观测（换填地段从换填底层开始进行）。路基填筑完成后或施加预压荷载后应有不少于六个月的观测和调整期。 4、涵洞： 从涵洞主体施工完成后开始观测。 二、沉降变形观测元件埋设的技术要求： 1、桥涵： 承台观测标：埋设Φ20mm钢筋，表面高出3mm，位于底层承台左侧小里程和右侧大里程 墩身观测标：埋设Φ14mm不锈钢螺栓，表面露出20-30mm。位于墩身两侧高出地面0.5-1m 桥台观测标：原则应设置在台顶，测点不少于4处，分别设在台帽两侧及背墙两侧。 梁体观测标：简支梁的一孔梁设置观测标六个，位于两侧支点和跨中；连续梁根据不同跨度，分别在支点、中跨跨中及边跨1/4跨中附近设置，三跨以上连续梁布置相同。
涵洞观测标：测点设置于涵洞两侧的边墙上，在涵洞进出口及涵洞中心位置分别设置，每座涵洞测点数量为6个，涵洞填土后观测点可从边墙移到帽石上，涵洞进出口的帽石上各设置两个测点，位于帽石两侧位置。 桥台观测标、梁体观测标、涵洞观测标埋设元件同承台观测标 2、隧道： 每个观测断面设置2个沉降观测点，分别设置在隧道中线两侧各6.24m处；明暗交界、围岩级别、衬砌类型变化处及变形缝处每个观测断面设置4个沉降观测点，分别设置在中线两侧各约6m和变形缝前后各0.5m处。 3、路基： 一般路堤地段观测断面包括沉降观测桩和沉降板，沉降观测桩每断面设置3个，布置于双线路基中心及左右线中心两侧各3.2m处；沉降板每断面设置1个，布设于双线路基中心。 软土、松软土路堤地段观测断面一般包括沉降观测桩、沉降板和位移观测桩。沉降观测桩每断面设置3个，布置于双线路基中心及两侧各3.2m处；沉降板位于双线路基中心；位移观测桩分别位于两侧坡脚外2m、10m处，并与沉降观测桩及沉降板位于同一断面上。 路基过渡段观测断面根据沉降观测细则要求应在距不同结构物起点1m、10m、30m处分别设置观测断面。 路堑地段观测断面分别位于路基中心、左右中心线以外3.2m的路基面处各设1根沉降观测桩，观测路基面的沉降。（换填地段设有沉降板） 沉降观测桩：选择Φ20mm钢筋，埋置深度不小于0.3m，桩周用0.15m用C15砼浇筑固定。 沉降板埋设：应按设计要求进行埋设，一般情况下：由底板、金属测杆（Φ40镀锌铁管）及保护套管（Φ75PVC管）组成。钢筋砼底板尺寸为50*50cm，厚3cm或钢底板尺寸为30*30cm，厚0.8cm。 位移边桩：采用C15钢筋砼预制，断面采用15*15cm正方形，长度不小于1.5m，并在桩顶预埋设Φ20mm钢筋，顶部磨圆并刻十字线。
专业：机械电子工程 班级：机械0904 姓名：张牧 学号：200904000326 指导老师: 郑海明
浅析高速铁路振动产生的噪声及防治措施 摘要：针对高速铁路行车速度造成噪声污染急剧增加的问题，从噪声控制理论 出发，对高速铁路产生噪声对沿线环境的影响特点和干扰程度进行了分析，提出了控制轮轨噪声、列车整体噪声、隧道反射噪声以降低高速铁路噪声源，以及在线路两侧设置绿化带及防声屏障限制噪声的传播等措施，从而实现高速铁路对环境保护的要求。 关键词：高速铁路；振动噪声；噪声源；轮轨噪声；辐射噪声；防声屏障 在交通运输高速发达的今天，世界许多发达国家都已经有了自己的高速铁路系统。随着京津高速铁路和合武新干线、石太客远专线的开通运行，以及郑西高铁、武广高铁和京沪高铁的开通，我国也已经跨人了世界行列，大大加速了我国铁路高速化的进程。然而与高速铁路行车速度有关的环境因素，主要为噪声污染已严重影响了铁路两侧居民的正常工作和学习生活。国际上已把振动噪声列为七大环境公害之一，高速铁路的噪声问题日益受到各方关注。如何降低铁路环境噪声对敏感点的影响，一直是环境保护工作者的重要任务之一。因此，如何减小高铁噪声污染，是当前车辆制造和铁路建设中的一个十分重要的课题. 1 、高速铁路的噪声源 1．1高速铁路噪声的特点 相对于普速铁路，高速铁路具有高速、高架、电气化等特点，因而其噪声传播的空间和时间也较普速铁路远，其噪声的构造也较普速铁路复杂。尤其是高速铁路穿越人口稠密的区域时，问题尤其严重。 1、2 高速铁路的噪声源分析 高速铁路噪声是由各种不同类型的噪声组合而成，按发生部位的不同，可分为轮轨噪声、空气动力性噪声、集电系统噪声和桥梁构造物噪声。如图1所示。
高速铁路列车运行振动传播规律研究 了影响地面振动的主要因素，采用由列车速度、载重量和传播距离组成的比例距离来预测高速列车运行的地面振动，在广深线上列车速度160和200的地面振动实测值和预测值十分接近。 Study of Propagate law of Vibration caused by Train on the High Speed Railway Zhou Jiahan (Institute of Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080) Abstract The effection factions of ground vibration caused by the train on the railway are analysed after measuring the ground vibration velocity. Scale distance consisted of the speed and loads of train and distance to concerned point can be used to predict the vibration intensity. The measuring value are indentical with the predict value when the train speed at 160km/h or 200km/h on GuanShen line. Keywords Highspeed train Vibration 引言 高速铁路以其速度快、运能大、安全、舒适等特点已逐渐被人们接受。京沪高速铁路将是我国建设的第一条高速铁路，全长1300公里，实施全封闭、全立交式的客运专线。铁路设计时速为300公里，基础设施可满足350公里的时速要求。修建京沪高速铁路将是我国在新世纪前10年投资额度较大的项目之一。在要修建高速铁路的京沪铁路沿线人口密度高，建筑物密集。高速铁路选线需要进行环境综合评价，选线方案的
列车振动荷载的确定 列车振动：列车在轨道上运行时, 轨道不平顺是使列车产生随机振动的主要原因, 并直接影响其运行平稳和安全.轨道不平顺是由众多的随机因素引起的, 例如钢轨的初始弯曲、磨耗、损伤,弹性垫层、轨底道床路基的弹性不均匀, 轨枕间距不均,各部件之间的间隙不等,扣件失效,存在暗坑等 1.列车简化模型 通常车体在纵向和横向都是对称的,忽略轮轨之间的弹跳作用以及车体的摇摆和点头作用, 假定列车的重量均匀分配给每个轮对,于是对于列车均只取出一车轮为计算模型, 如图 1 所示.其中, mi , ki , ci 分别为质量、弹簧刚度系数和阻尼系数, P ( t) 为轮轨间的作用力, yi 为参考坐标系, 分别对应于各质量的静平衡位置. (其中轮对、大齿轮、轴箱、部分电动机重量、液压减振动器、销、均衡梁、螺旋弹簧等属于簧下质量部分；车体支承装置、构架、齿轮传动装置、基础制动装置、部分电动机重量等属于簧间质量部分；车体等属于簧上质量部分。) 假定列车以速度v = 90 km/ h 匀速运行, 图1 列车竖向振动模型 选取目前常用的某一列车型号, 其参数如下:
2.列车振动荷载数定表达式 对于如图所示的列车简化模型，其轮系竖向运动平衡微分方程（轮系的运动微分方程可按达朗贝尔原理写出）为 （1） 忽略轮轨间的弹跳作用，轮系竖向加速度等于轨底振动加速度，即： （2）N代表采集数据个数，分析中采用了快速付里叶变换，n=0、1.2.……N/2-1 《注释：列车在轨道上运行时, 轨道不平顺是使列车产生随机振动的主要原因, 并直接影响其运行平稳和安全.轨道不平顺是由众多的随机因素引起的, 例如钢轨的初始弯曲、磨耗、损伤,弹性垫层、轨底道床路基的弹性不均匀, 轨枕间距不均,各部件之间的间隙不等,扣件失效,存在暗坑等, 所有这些因素沿轨道的随机分布决定了轨道不平顺的随机性, 决定了它是一个距离的随机过程.当车速为匀速时,列车振动可看成是一个具有零均值的各态历经的平稳高斯过程（需要查资料）.忽略轮轨间的弹跳作用, 轮系竖向加速度y0可看作为轨底振动加速度，根据轨道加速度测试数据和分析车辆体系的振动得到了列车荷载的模拟数定表达式,由于y 0 是距离的函数,故可利用x = v t ,将y 0的自变量x 转换为t ,得到y0对时间t 的随机过程.，列车引起的振动具有随机特性,而且可以认为它是一个各态历经过程,因而可以将其分解为一系列不同频率的谐波。各次谐波的幅值可由傅里叶变换得到。》 将( 2 ) 式代入( 1 ) 式，解( 1) 式（解微分方程），并略去瞬态项，积分常数可由初始条件定出，即可求出y1,y2，由图1所示，根据竖直方向的动力平衡条件可得： （3） 假定轮轨作用力P( t )经钢轨等传递成沿隧道纵向均匀分布在每钢轨位置处的线荷载为， （4） 其中：L为机车长度，n 为机车轮对数；根据铁路部门提供的资料，L = 2 0 ．3 6 8 m，n =6。将各参数代入式(3 )～( 4) ，即可得列车竖向振动荷载的模拟表达式，利用O r i g i n绘出其时程曲线如图2所示。
汽车噪声与振动 概述：随着汽车发动机功率的不断提高，噪声与振动的问题日渐突现出来，开始成为汽车开发工程中的主要问题之一。在汽车界，人们在讨论噪声与振动时，常用的一个词就是NVH，即是噪声（Noise）、振动（Vibration）和不舒适（Harshness）三个英文单词首字母的简写。汽车噪声振动有两个特点，一是与发动机转速与汽车行驶速度有关，二是不同的噪声振动源有不同的频率范围。在低速时，发动机是主要的噪声和振动源，在中速时，轮胎与路面的摩擦是主要的噪声和振动源，而在高速时，车身与空气之间的摩擦变成了最主要的噪声和振动源。 近年来汽车噪声振动问题研究现状 行驶汽车的噪声包括发动机、底盘、车身以及汽车附件和电气系统噪声。发动机噪声是汽车的主要噪声源。在我国，车外噪声中发动机噪声约占60%左右。 1.发动机噪声 发动机噪声按其机理可分为结构振动噪声和空气动力性噪声。 1.1结构振动噪声 通过发动机外表面以及与发动机外表面刚性连接件的振动向大气辐射的噪声称为结构振动噪声或者称为表面辐射噪声。根据发动机表面噪声产生机理，结构振动噪声又可分为燃烧噪声、机械噪声以及液体动力噪声。燃烧噪声的发生机理相当复杂，主要是由于气缸内周期性变化的压力作用而产生的，与发动机的燃烧方式和燃烧速度密切相关。机械噪声是发动机工作时各运动件之间及运动件与
固定件之间作用的周期力、冲击力、撞击力所引起的，它与激发力的大小和发动机结构动态特性等因素有关。一般在低速时，燃烧噪声占主导地位；在高转速时，由于机械结构的冲击振动加剧而使机械噪声上升到主导地位。车用发动机的辐射噪声频率范围主要在500～3000Hz内，而其主要噪声辐射部件的临界频率大致在500—800Hz范围内。发动机中液体流动产生的力对发动机结构激振产生的噪声称为液体流动噪声，如冷却系中水流循环对水套冲击产生的噪声。 1.2空气动力性噪声 空气动力性噪声直接向大气辐射噪声源，即由于空气动力学的原因使空气质点振动产生的噪声。空气动力噪声包括进、排气噪声和风扇或风机噪声。排气噪声是发动机的最大声源，进气噪声次之。风扇噪声也是发动机的主要噪声源之一。排气噪声由周期性排气、涡流和空气柱共鸣噪声组成。周期性排气噪声是排气门开启时一定压力的气体急速排出而产生；涡流噪声是高速气流通过排气门和排气管道时产生的；空气柱共鸣噪声是管道中空气柱在周期性排气噪声的激发下发生共鸣而产生。 对于发动机噪声的评价，除考虑其辐射噪声能量总水平外，还应考察以下噪声特性：噪声级及其随发动机工作状态的变化关系、发动机周围空间各点噪声级数值的分布状态、空间各点的噪声频谱以及发动机工作过程各阶段的瞬时声压级。通过这些信息，不但可以比较和评价发动机辐射噪声的大小，还可以深入研究辐射声能频率的分布情况，判断发动机工作循环中辐射声最大的阶段，以便分析产生高噪声的原因，提高噪声控制措施并比较和评价这些措施的有效性和经济上的合理性。 2.底盘噪声 汽车底盘结构固体声源产生噪声主要是传动系噪声和轮胎噪声。传动系噪声频率为400—2000Hz。其中齿轮传动的机械噪声是主要部分。齿轮噪声以声波向空间传出的仅是一小部分，大部分则是变速器驱动桥的激振使各部分产生振动而变为噪声。 按声源的激励性质不同，轮胎噪声主要产生机理可分三大类： (1)气流声机理。随着轮胎的滚动，在与路面接触区，花纹沟内空气不断被吸入与挤出，由此形成“空气泵”噪声，这是横向花纹的一种主要噪声机理。此声源为起伏变化的气体，属气流噪声。 (2)机械声机理。由胎面花纹块撞击路面、轮胎结构的不均匀性以及路面的不平性等因素激发机械噪声，是光面胎及纵向花纹的主要噪声源。 (3)滤波放大机理。轮胎与路面接触处形成喇叭口几何体，对上述噪声起着滤波放大作用。另外，胎面花纹沟与路面所围管道内的空气共振以及轮胎花纹块离开路面处形成的赫姆霍兹共振效应主要为袋状沟的噪声机理。 3.车身噪声 车身噪声主要是由于汽车加速行驶时空气流过汽车表面和孑L道时产生的噪声。该噪声主要来源于气流有明显折弯的地方，在该区域内气流分离，分离区内旋涡脱落，形成噪声。
高速列车振动特性报告 高速列车沿铁路轨道运行，其移动的轴荷载和由于轮轨接触表面不平顺而产生的轮轨动荷载激发车辆、轨道结构振动；轨道振动经由轨道(以及高架桥梁和隧道)传人大地，引起大地振动波；当此振动波到达建筑物基础时进一步诱发邻近建筑物的二次振动和噪声。这种振动对居民的常生活、工作以及一些精密仪器设备的生产和使用产生很大的影响。因此在过去十余年里，国内外针对此问题的研究非常活跃。 铁路振动的基本特征是： (1)具有明显的参数激振特性，如机车本身的周期性及其轨道结构的离散支撑。 (2)具有明显的简谐载荷特性，同时列车频繁通过，使得远场地表响应接近稳态响应，研究简谐荷载引起地表稳态响应是反映体系自身动力特性及研究不同参数激励的影响程度的直接手段。 (3)在离铁路线一定范围外，主要以瑞利波的形式在周围土体中传播，这些振动的频率范围很广，主要集中在4-50Hz，在低频区域频率依赖于相速度，研究表明列车速度低于300km/h所产生的振动，其主要频率在5Hz左右。 以下简述集中常用方法 1、解析的波数一频率域法 这种方法利用空间傅立叶变换，将轨道和大地在物理域内的偏微分方程转换到波数一频率域内的常微分方程，在求解傅氏转换域内轨道和大地的振动解后，再通过傅立叶逆变换得到物理域内的解．当考虑层状大地时，需采用传递矩阵(剐度或柔度矩阵)来表示傅氏转换域内各土层上下界面之间的应力和位移关系，称为传递矩阵法．当传递矩阵采用剐度矩阵表示时，土层分界面上应力和位移关系式中会出现指数项，当自然土层厚度很大时指数项将变得很大，这时只能将自然土层分成多个薄层，然后用类似有限元的方法集成整体剐度矩阵或柔度矩阵，即薄层法．解析法以弹性波传递理论中的兰姆(Lamb)问题为基础．兰姆问题研究点分布或线性分布的动荷载在半无限介质中产生的振动波传播问题．随着高速铁路的兴起，兰姆问题得到不断扩展，被用来研究高速铁路引起的大地振动． 同济大学的李志毅等把轨道作为弹性地基上的梁，考虑轨枕的离散作用，得到轨枕与道床之间的动反力，然后根据薄层法的基本原理，得到分层土体及饱和分层土体的稳态响应，研究了分层土体及饱和分层土体上列车运行引起的地表振动的传播与衰减规律，考虑轨枕的离散支撑建立了列车一轨道一周围土体的振动模型，得到了秦沈客运专线沿线地
一、填空题 1．测量噪声时，要求气象条件为：________、________、风力________、 答案：无雨无雪小于5.5 m／s(或小于四级) 2．凡是干扰人们休息、学习和工作的声音，即不需要的声音，统称为________；此外振幅和频率杂乱、断续或统计上无规律的声振动，______。 答案：噪声也称为噪声 3．在测量时间内，声级起伏不大于3dB的噪声视为______噪声，否则称为______噪声。 答案：稳态非稳态 4．噪声污染源主要有：工业噪声污染源、交通噪声污染源、______噪声污染源和______噪声污染源。 答案：建筑施工社会生活 5．声级计按其精度可分为4种类型，O型声级计是作为实验室用的标准声级计，I型声级计为精密声级计，II型声级计为______声级计，III型声级计为______声级计。 答案：普通简易 6．A、B、C计权曲线接近______、70方和100方等响曲线的反曲线。 答案：40方 7．声级计在测量前后应进行校准，灵敏度相差不得大于______dB，否则测量无效。 答案：0.5 8．城市区域环境噪声监测时，网格测量法的网格划分方法将拟普查测量的城市某一区域或整个城市划分成多个等大的正方格，网格要完全覆盖住被普查的区域或城市。每一网格中的工厂、道路及非建成区的面积之和不得大于网格面积的________％，否则视为该网格无效、有效网格总数应多于________个。 答案：50 100 9．建筑施工场界噪声限值的不同施工阶段分别为：________、打桩、________和________。 答案：土石方结构装修 二、选择题、 1．声压级的常用公式为：L P=_______。( ) A．10 lg P/P0B．20 ln P/P0C．20 lg P/P0 答案：C 2．环境敏感点的噪声监测点应设在________。( ) A．距扰民噪声源l m处B．受影响的居民户外1 m处C．噪声源厂界外1 m 处
文章编号!"##$%&"#$’&##"(#)%##*&%#$ 减小铁路振动与噪声影响的方法 卜建清"+高勇利&袁向荣& ’",石家庄铁道学院科研处-&,石家庄铁道学院交通系-石家庄#.##*)( 提要!在分析了铁路振动与噪声及其传播规律的基础上-列出了减小铁路振动与噪声影响的方法/主题词!铁路0振动0噪声0影响 中图分类号!12.))文献标识码!3 4概述 在有关环境问题的讨论中-人们往往比较注重水5 空气和土壤的质量-因为它们对于我们周围的环境有着更为持久的影响/但是现在-大家开始抱怨因为噪声而带来的不适-人们对于噪声这种污染形式比较敏感-*#至.#62’3(的噪声就干扰正常人的睡眠-$#62’3(的噪声就能使7#8的人惊醒-人如果长期处在$# 62’3(的噪声环境中-大脑神经调节功能会出现失控-引起慢性和急性耳聋-破坏脑皮层组织的工作能力-出现注意力减退5失眠5头昏5头疼5易怒5神经紧张/还会减小胃液含酸量-使消化过程减慢-身体抵抗力下降-易受病原微生物感染-导致许多常见病的发生/噪声对人的视力损伤较大-当噪声达到9#62’3(时-有近*#8的人出现瞳孔放大-视物模糊不清-长期在噪声环境中-容易发生眼疲劳5眼花5眼病等眼部损伤-还使人的色觉5色视野发生异常改变:";-且噪声源往往又都是可以看得到的/而人对铁路的振动并不是十分敏感-除非是危重病人等特殊人群/但个别区段因地质情况5线路状况不佳5长大桥梁结构等可能引起振动超标-对重点保护的文物古迹5对振动高度敏感的地震观测台站5某些精密仪器设备等具有一定的危害及干扰-是不能忽视的/随着社会的不断进步和生活水平的不断提高-人们对环境质量越来越重视-在铁路经过的城镇5乡村居民区要采取必要的措施对振动和噪声进行整治/对振动与噪声干扰的治理和防护-一直是高速铁路工程的重要组成部分/日本5德国5法国等发达国家高速铁路工程中-用于降噪5减振的投资在工程总投资中占有相当大的比重/早期日本新干线由于未重视振动与噪声的治理和防护-引起诸多环境纠纷-给工程建设和运营带来障碍0而后续的拆迁5整治等补救工程不仅难度大-投资耗费也甚巨-这一深刻的教训为沿线各地区人口密度大5经济较发达的京沪高速铁路工程’与日本新干线相似(提供了很好的借鉴/ <铁路振动与噪声及其传播规律分析<,4铁路振动与噪声分析:<-=; <,4,4轮轨振动与噪声分析 轮轨噪声源可视为位于轨道中心线上方5高出轨面#,&.>的由连续互不相干的偶极子组成的有限长线声源-其长度等于列车全长/影响轮轨噪声的因素除列车线路等级5构造和状态外-还有列车速度5牵引吨位和列车长度等运行参数/轮轨噪声是轮轨系统相互激励的一种响应-包括冲击噪声5滚动噪声和尖叫声/轮轨噪声主要以低中频成分为主-其峰值集中在"&.?&###@A/许多研究也表明-车轮辐射高频噪声-对轮轨噪声B贡献C极小-而钢轨辐射低中频噪声-对轮轨噪声B贡献C大/所以对钢轨采取减振措施以此来降低轮轨噪声是非常现实的/ <,4,<轮轨作用引起的桥梁振动和噪声 列车通过桥梁时-轮轨作用除了使车轮和轨道直接向外辐射噪声外-还要向桥梁的各个构件传递振动能量-激发桥梁的各个构件产生振动-并形成噪声的二次辐射/轮轨作用引起的桥梁振动和噪声与机车车辆的类型5车速5桥长5钢轨类型’短轨或焊接长轨(5道床 & *铁道工程学报&##"年9月+收稿日期&##"%#.%"D卜建清讲师’硕士(男"9$D年出生 万方数据