Анализ вибраций, генерируемых линиями метрополитена, и разработка комплекса мероприятий по их снижению

• Автор: Костарев, Станислав Андрианович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 270 с. : ил.

Глава-1. Обзор литературы и постановка задачи
1.1. Вибрации, возбуждаемые движением метропоездов. Анализ
факторов, влияющих на виброактивность трасс метрополитена
1.1.1. Распространение вибраций по грунту
1.2. Методы прогнозирования уровней вибрации от линии метрополитена
1.2.1. Метод Унгара и Бендера
1.2.2. Метод расчета, разработанный компаниями ^/1А и 1Л1
1.2.3. Отечественный метод расчета
1.3. Анализ существующих методов борьбы с вибрацией трасс метрополитена
1.3.1. Экранирование
1.4. Подходы к задаче определения параметров вязкоупругих неоднородных сред
1.4.1. Сейсмическая томография на временных задержках
1.4.2. Томография на поверхностных волнах
1.4.3. Томография неоднородных вязкоупругих сред
1.5. Выводы
Глава 2. Методика натурных исследований вибрации, возбуждаемой
поездами метрополитена и процедура камеральной обработки результатов
2.1. Методика натурных исследований
2.2. Процедура камеральной обработки результатов измерений
2.3. Результаты измерений вибрации в перегонных тоннелях метрополитена
2.4. Результаты измерений вибрации на станциях метрополитена
2.5. Выводы
Глава 3. Математические модели возбуждения вибрации обделки
тоннеля и распространения колебаний в грунте
3.1. Механическая модель

3.2. Формулировка математической модели колебаний обделки. Модовая структура акустического поля, возбуждаемого колебаниями цилиндрической обделки тоннеля метрополитена в грунте
3.3. Моделирование распространения упругой волны в грунте
3.4. Моделирование волны Релея в приповерхностном слое грунта
3.5. Изолирующие свойства вертикальной стенки
3.6. Компьютерное моделирование
3.7. Результаты расчетов распространения упругих волн в грунте и эффективности виброизолирующих экранов
3.8. Выводы
Глава 4. Математические модели возбуждения вибрации
конструктивных элементов протяженных подземных объектов метрополитена
4.1. Общие положения
4.2. Конструкции станций, тупиков, СТП и камер съезда метрополитена
4.2.1. Путь и контактный рельс
4.3. Разработка методики расчета уровня вибрации
4.3.1. Метод бесконечной в длину плиты
4.3.2. Метод плиты конечных размеров
4.3.3. Процедура интегрирования в пределах октавной полосы
4.4. Излучение упругих волн в грунт, вызванное колебаниями упругой пластины
4.4.1. Формулировка математической модели колебаний площадки
4.4.2. Модель распространения упругих волн в грунте
4.5. Расчет типовых конструкций подземных сооружений метрополитена
4.5.1. Расчет станций
4.5.2. Расчет камер съезда
4.5.3. Расчет СТП
4.6. Расчет и прогнозирование виброакустической обстановки внутри
подземных объектов метрополитена
4.6.1. Расчет уровня вибрации на платформах нижнего и верхнего ярусов
двухъярусной станции

4.6.2. Модель бесконечной плиты
4.6.3. Расчет с учетом активной реакции грунта
|4.6.4. Расчет по модели конечной прямоугольной плиты
4.7. Расчет уровня вибрации на несущих плитах подземных объектов
метрополитена
4.8. Расчет уровня вибрации на поверхность фунта вблизи подземных
сооружений метрополитена
4.9. Выводы
Глава 5. Распространение упругих волн в грунте с вертикальной
стратификацией (случай приповерхностного волновода)
5.1. Постановка задачи
5.2. Расчет вибрации в стратифицированном фунте, возбуждаемой
проходящим составом
5.3. Выводы
Глава 6. Расчет виброизоляционной конструкции пути метрополитена
6.1. Формулировка модели
6.2. Результаты расчетов
6.2.1. Возможные технические реализации
6.3. Выводы
Глава 7. Разработка методики определения физико-механических
свойств грунтов
7.1. Общие положения
7.2. Проведение измерений
7.3. Вычисление коэффициента затухания а(а>). Задача параметрической идентификации
7.4. Расчет уровней вибрации на поверхности фунта
7.5. Постановка задачи по экспериментальному определению механических свойств фунтов
7.6. Процедура оценки упругих динамических, массовых и диссипативных парамефов фунта
7.7. Рекомендации по проведению измерений. Основные задачи определения акустических параметров фунта

Преимущества рассматриваемого подхода к исследованию подобных систем по сравнению с другими, более точными подходами довольно очевидны. Получаемые при этом уравнения просты и часто допускают аналитическое решение. Если даже найденные решения громоздки, можно достаточно полно исследовать физику задачи, рассматривая различные предельные случаи. После того как качественно поведение системы будет изучено, можно применять другие, более точные и трудоемкие методы, избегая излишней сложности и ошибок.
В зависимости от характера внешней силы в системе могут возбуждаться структурно различные колебания. Часто имеет место возбуждение нескольких типов колебаний (или, как их еще называют, мод). В силу сказанного, возникает вопрос: какие моды являются главными, а какими можно пренебречь и тем самым еще более упростить задачу: рассматривать лишь определенного вида воздействия на систему.
Таким образом, будем моделировать механическую систему, состоящую из обделки, поезда и окружающего грунта тонкой упругой цилиндрической оболочкой в упругой жидкой или твердой среде (грунте) с распределенным по внутренней поверхности локальным динамическим давлением.
Рассматривается следующая задача. В безграничную идеальную жидкость помещена тонкая упругая оболочка толщиной А и радиусом Я. К внутренней стороне оболочки приложено динамическое давление р0(х,(р,(). Требуется определить величину суммарного звукового поля во внешней среде и изучить его модовый состав. Как будет показано далее, учет сдвиговой упругости грунта в первом приближении достаточно производить только при расчете реакции грунта на обделку.
Перепишем уравнения колебаний оболочки (3.1) в цилиндрической системе координат, опираясь на работы [5,51]
АхдгЧх ^х<р Т ^-‘хгиг ~ '
^<рх^х ^ффЦр "1" ^<рг^г ~ ' (3‘3)
4л-+4, ц, + Кг щ = К + f'
здесь их, м(,, иг - .т, ф, г - компоненты смещения поверхности оболочки.