8)欧洲铁路地面振动的大型国际测试--胡红亮

大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译1欧洲铁路地面振动的大型国际测试D.P.Connollya,P.AlvesCostab,G.Kouroussic,P.Galvind,P.K.Woodwarda,O.LaghroucheaaHeriot-WattUniversity,InstituteforInfrastructure&Environment,Edinburgh,UKbFacultyofEngineering,UniversityofPorto,Porto,PortugalcDepartmentofTheoreticalMechanics,DynamicsandVibrations,UniversityofMons,PlaceduParc20,B-7000Mons,BelgiumdEscuelaTécnicaSuperiordeIngeniería,UniversidaddeSevilla,CaminodelosDescubrimientos,41092,Sevilla,Spain摘要：本文对铁路地面传播振动预测的特性和不确定性提供了新的见解，在欧洲7个国家的17个高铁站点分析了超过1500个地面传播振动记录，对于同一水平面的地面轨道，错误的量化测试显示，现有的作用域模型受到的平均误差约4.5VdB，并且可知相似的列车通过受到的标准偏差为2VdB。从而提供了在详细的预测研究中可能实现的最小误差的一个指标。且现有的减振关系也能被基准和潜在的新的关系能被提出。此外，发现土质对振动级别最有影响，而列车速度对振动级别的影响效果低。另外，对站点速度接近“临界速度”的列车进行检查并且发现它们的振动特性与非临界速度站点悬殊较大。本文在一个综合出版物上发表了一份铁路振动数据，且该数据来自比利时、法国、西班牙、葡萄牙、瑞典、英国和意大利七国。首先，用一些国际指标来对7个国家的数据进行统计分析。然后，研究了铁路振动对列车速度的影响，列车速度的考虑范围从72km/h到314km/h。接着对火车类型的影响进行分析，提出了TGV、欧洲之星、大力士、Pendolino列车、城际、X2000、AlfaPendular、AVE-S100和Altaria列车的相关性。再次研究了铁路振动对振动频谱和临界速度的影响。最后，调查了振动预测中典型的标准偏差。关键词：地面传播振动；临界速度；现场试验数据；范围界定研究；高速铁路；环境影响评估；振动预测；地面传播噪音；高速列车；铁路；1、引言铁路地面振动是一个日益严重的环境挑战。这部分是由于铁路基建快速全球增长和越来越渴望把新线路建造在城市环境中。还有部分原因是更加具有竞争力的铁路调度（即更频繁的通道）和更重，更快的火车。一个新线或既有线的升级建造之前，通常需要进行一次地面传播的噪音和振动的评估。这些评估往往是昂贵的，因为火车，轨道和土壤之间复杂的相互作用可能需要严谨的分析。尽管这样，如果振动级别不准确预测，可能在施工后需要意外补救措施。为了获得振动级别的高精确度的预测（即频率曲线），在实践中通常使用的方法是[4–6]，大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译2这要求物理试验使用建议的轨道施工现场，以确定周围土壤的传递函数。然后这个传递函数结合火车和类似轨道的传递函数，从而得到在地面传播的振动特性的总体估计。在一定条件下，使用此程序是不切实际的，而使用分析或数值方法是优选的。在这领域，大量的研究机构正在研究，通过开展前期工作[7,8]，导出用于振动等级的解析表达式。更先进的分析[9]和半解析式[10]模型最近被人建议，特别是用于对地下线振动的预测[11]然而，对数字技术的使用有增加的趋势。特别是，时域和频域的有限元法（FEM）[12–17]，方法已被广泛地发展，有限元的缺点是，它用于多领域计算但造价昂贵并需要使用吸收边界去截断造型空间[18]。为了减少运行时间，通过假定轨道是不变的列车通路的方向，计算域可以被减少到2.5的尺寸[19,20]，虽然这大大降低了计算时间，不变轨道假定使得它对离散组件的建模成为可能（例如枕木），从而导致弗洛凯变换的掺入[21,22]或者非各向同性材料特性[12,23]。另一种解决方案是连接FEM与边界元法（BEM），或者使用2.5D[24,25]，或者3D技术[26]。这FE/BE方法允许大偏移，比只用FEM更有效地。尽管这样，FE和BE方法的对比性质可在计算上具有挑战性的，且全3D模型仍然需要很长的运行时间。虽然数值模拟铁路有明显地先进性，持久的问题是获得高精度的土壤材料性能，用作模拟输入。土壤是一种非工程天然形成材料，因而是高度不均匀的。这使得难以量化其材料特性，即使使用耗时且昂贵的原位测试（例如多通道的面波分析法分析）。为了克服这一点，在一个振动评估的早期阶段，在一个“作用域”的选择方法[4,27,28]偏好中，通常放弃严格的分析方法。使用非常有限的现场数据（即土壤性质通常被忽略）。前面的方法允许对震动级别进行快速的近似，以确定哪些监测点的振动级别可能超过国家的限制，然后前述数值模型或物理试验方法可以用于计算在这些更准确位置的潜在的振动等级。尽量减少工程成本是很重要的，只有振动等级会超过国家限制的地点需更详细地进行分析。振动等级过度预测的站点（即“假积极”），将导致不必要的附加项目成本。类似地，每个站点在振动等级预测不足将导致消减安装施工后意外的附加项目成本。因此，当务之急是确定评估范围的准确度最大化。在试图进行确定铁路振动范围的预测[29]，提出了一个数学模型，以快速近似速度的水平。通过结果和结果进行比较[30]发现一个呈正相关的关系。被提出的另一种方法[4]它采用经验性因素去调整试验来定义振动曲线。这种方法是建立在[31],[27]包括土壤参数信息上，以提高预测精度。另外,提出了一个经验模型[32]其中该模型是以一个基本的振动值乘以因数来解释诸如列车速度，质量跟踪和建筑物因素。它也能够以类似的方式预测更复杂的频率曲线[33]。为了执行一个范围的评估，通常使用一种历史振动的结果和经验关系的组合来估计的振动等级。因此，为了提高确定范围的精度，更好地了解铁路振动的基本特性是重要的。一种方法是分析现有的试验结果。尽管如此，由于近期对数值模拟的兴趣激增，却很少有人注意历史试验数据的分析。大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译3)0(*20log10VVrmsVdb试验分析的另一个潜在的绊脚石是免费提供的试验数据是稀缺的。为了克服这样的一个绊脚石，最近几个铁路研究机构联合努力的工作文档分析了大量的试验结果。以笔者的了解，虽然已在声学领域作了努力[34]，这项研究是最全面的分析，为铁路振动的统计特性之一。因此，它提出了一个非常原始的和商业的价值分析。本文旨在量化误差，该误差使用范围界定和详细的评估方法，同时还调查列车速度，临界速度和列车类型对在地面传播的振动的影响。由于其普遍性，故专注于高速线的振动，但一些低速线路也算。2、现场测试验信息共有来自17个测试地点的试验数据，在7个国家进行了检查(图1)，所有站点包括有碴轨道和对每个测试位置的关键细节数据都都提供了表1和表2，地面波速度廓线显示在（图3）。应当指出，一些数据集包含着地面振动和轨道的振动数据的集合。为了研究被拆除轨道振动信号（远场）。每个站点和试验设置有更详细的说明，请参考[25,35-44]。进一步考虑包括：在一些站点，三组振动信号被记录下来了，但为了最大限度地兼容这项研究只考虑垂直分量振动。虽然数据集由几个不同的研究机构记录，并使用不同类型的录音设备，所有方法都与详细的建议大致相同[45]一个测量站点的选择见图2。振动速度在本次调查中为唯一被分析因素。因此，在必要时，加速进程被转化成其等效的速度分量。大多数数据集包括全程振动记录。尽管如此，只有瞬时的振动数据（速度分贝式（1））可用于所描述的测试位点[35]。3、振动指标三个国际通用的指标来评估振动等级。此研究的目的是为了通过范围界定评估来分析大范围的振动信号，绝对振动测量是可取的，而不是频率曲线。最常用的范围界定度量指标是VdB，正如[4]所描述的。VdB使用对数尺度来计算如：(1)其中Vrms是移动均方根幅度（有效值慢，1秒）且V0是振动的参考级别（选为2.54106米/秒）除了VdB，峰值质点速度（PPV）和KBfmax也被用来评估振动等级。PPV[46]计算为)(maxtVPPV(2)其中，v（t）是速度的时间函数。同样，KBFmax[47]通过取的最大振幅计算：大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译4ttdtKBfeKB02)(1)((3)其中τ¼=0125秒（有效值快），和KB（ξ）是速度的时间函数。应当注意的是，KB（ξ）首先转移到频域图1地理地图显示的测试地点及欧洲铁路网选择表1测试站点详细信息—一般性描述站点号国家记录年份参考1比利时2012【39】2比利时2012【39】3比利时2012【39】4比利时2012【39】5英国2012【27】6葡萄牙2012【25】7比利时1997【36】8西班牙2006【43—44】9比利时2002【37】10法国1996【35】11法国1996【35】12意大利1996【35】13意大利1996【35】14意大利1996【35】15瑞典1996【35】16瑞典1996【35】17瑞典1996【35】大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译5表2测试网站的详细信息-全球坐标和通道的细节接下来转化到时间领域(4)站点纬度经度轨道布置列车类型记录列车通道号码记录总数据点150.55753.600822同一水平面欧洲之星，大力士，TGV15200250.561043.625706堤（5.5m）欧洲之星，大力士，TGV15200350.55553.569042切割土方（7.2m)欧洲之星，大力士，TGV19296450.560913.624199立交桥（堤5.5m)欧洲之星，大力士，TGV6144551.262140.619494同一水平面欧洲之星，标枪395972639.04162-8.9190906同一水平面阿尔法大摆钟545750.574603.731634同一水平面大力士990837.6772-4.989409同一水平面AVES100,Altaria770950.71615.050412同一水平面城际，大力士4321049.174222.752382同一水平面欧洲之星，TGV251501149.035282.514819同一水平面欧洲之星，TGV15301244.7388110.529849同一水平面Pendolino3121344.7129210.626525曲线（同一水平面）Pendolino4161444.7360210.545299同一水平面Pendolino10701557.9638312.599003同一水平面X200011771658.0164712.722296曲线（堤-2m)X20005101758.0696212.980293堤-1.5mX2000624总计1681538)/6.5(211)(ffKB大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译6图2测试地点的照片，（一）左上：Connolly等-2014年，试验地点，（二）右上：Connolly等人2013年，试验地点，（三）左下：Costa等人，2012试验场，（D）右下：Galvin等人2007年图3波速廓：（一）左上：Vs廓第1部分，（二)右上：Vs廓第2部分，左下：Vp廓第1部分，（四）右下：Vp廓第2部分大连交通大学2015届本科生毕业设计（论文）外文翻译74、试验分析4.1距离影响图4从轨道示出VdB对距离的依赖，采用了对数标度。对于记录在“远”的轨道（在双轨道结构的情况下）的数据，以偏移因子来调整相应的距离值。据观察，在值的上限范围内，该[35]收集的数据集包含振动信号；然而在较低的范围内[44]收集到的结果。这种较低的范围可