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高速列车引起地面振动的隔振研究摘要：本文重点研究高速铁路引起振动的隔振研究通过ANSYS建模进行有限元分析在设置空沟的情况下竖向振动加速度变化规律及隔振效果分析。关键词：隔振研究；振动；有限元分析近些年来高速铁路已成为我国普遍应用并且迅速发展的运输方式但是随着列车速度的提高由高铁线路产生的噪声与振动强度也变得更高因此学者们开始密切关注和研究高速铁路如何减小振动对周围环境的影响。屏障系统被看作是防止和减轻地面振动的有效措施。总的来说一直以来研究最多的是连续屏障隔振其中开口空钩即明沟使用最多明沟比起其他形式的屏障有其独到的优势隔振效果也较好但是过去研究的屏障计算模型多以二维有限元模型为主三维有限元模型的隔振研究较少。因此本文采用列车―空沟―大地的三维有限元分析模型研究不同隔振措施对列车引起的地面振动影响并从传播路径上采用明沟对地面进行隔振分析并比较这几种隔振的隔振效果最后提出隔振的优化措施。一、理论模型（一）车辆荷载模型竖向轮轨力主要出现在三个频率范围内低频范围、中频范围、高频范围通常采用一个激振力函数来模拟轮轨力二、有限元模型（一）列车列车已经被简化为一系列的垂直荷载F（t）它根据火车的几何形状和组成加载在不同位置并以恒定的速度在轨道上移动。列车如图1所示。（二）轨道轨道被视为弹性欧拉-伯努利梁这是由一个初等梁的无穷级数构成其中挠曲刚度EI和单位长度质量M。轨道的总体动态刚度矩阵Kt是通过所有初等梁的动态刚度矩阵组合构成。其中Ki是静态刚度矩阵Mi是连续质量矩阵。（三）桩土耦合将轨道模拟为弹性欧拉-伯努利梁通过一系列离散的点被连接到土体。土体被模拟为一个连续的水平层状半空间土体特征是频率相关的刚度和阻尼。（四）建模采用通用有限元软件ANSYS[7-10]建立模型轨道和混凝土桩采用BEAM4单元轨道和混凝土桩之间采用采用COMBIN14弹簧单元土体采用SOLID45单元边界与COMBIN14弹簧单元连接另一端固定。模型选取长300m宽72m高58m。周围采用人工粘弹性边界[6]人工粘弹性边界由弹簧和阻尼单元并联组成与土体边界垂直。取结构的一半建模地基土为成层土分为四层。具体地基土参数见表1。三、结构分析（一）空沟宽度w的影响采用图3模型隔振沟的沟深h=5m空沟距路基20m第一测点位于20m处以后5m一个测点共9个测点隔振沟的宽度w分别取lm、2m、3m和4m。图4（a）和图4（b）分别是两种不同速度下地面不同测点竖向加速度振级随距离的变化规律。从图4中可以看出当w增加时地面竖向加速度有效值会逐渐降低并且当w=2m时地面的减振效果最佳；但h继续增加时地面竖向振动变化都很小说明在一定的沟宽范围内w增大可有效降低地面的振动水平w超过一定值后w的继续增加对地面的振动影响较小。（二）空沟深度h的影响空沟距路基20m第一测点位于20m处以后5m一个测点一共9个测点沟宽w=lm。隔振沟的深度h分别取3m、5m、7m和9m。图5分别是两种不同的列车速度下地面不同测点竖向加速度振级随距离的变化规律。从图5中可以看出速度v=72km/h和v=216km/h时空沟处的竖向加速度有效值都明显降低振动减弱；当以高速v=216km/h运行时减震在15～26dB左右当以低速v=72km/h运行时减震在10～18dB左右高速减震效果约是低速减震效果的1.5倍；并且空沟之后的测点下降也很明显。说明空沟能够起到减震效果并且空沟越深其有效隔振频率的下限就越低减振效果越好减震在10dB左右。（三）有无空沟的频谱分析选用空沟距路基20m宽度为w=2m深度为h=5m的隔振沟和无隔振沟条件下地面竖向加速度频谱进行对比。如图6（a）与图6（b）分别是v=72km/h和v=216km/h情况下有、无隔振沟下地面加速度振动频谱对比图。（a）v=72km/h（b）v=216km/h图6有、无空沟的地面振动加速度傅里叶谱从图6中可以看出高频振动部分衰减较快；地面竖向振动都属于低频振动主频率在20～40Hz。有无隔振沟对地面竖向振动主频率值没有影响但对幅值影响较大有隔振沟时主频的幅值下降较多这与前面采取空沟措施时地面加速度振级与无隔振措施相比降低很多的结果相吻合。从加速度振级和频谱两方面都说明空沟对低频振动有较好的隔振效果。四、结论对于由高速列车引起地面的低频振动中主要通过隔断波的传播途径有效的降低运行列车对地面的振动影响。空沟