根据波数域内分层地基波动方程的求解理论，推导铁路有砟轨道、无砟轨道与地基的耦合振动方程，得到了波数域内的统一表达形式。材料阻尼采用粘滞阻尼。利用Fourier变换，在频率-波数域内求解振动微分方程，再通过Fourier逆变换得到大地表面的振动响应。分析了轨道和地基之间的能量传递特征，简谐荷载对振动衰减的影响，并对列车轴荷载引起的地面振动进行了仿真分析。结果表明：铁路有砟轨道和无砟轨道与地基之间的动力作用有较大差别;在简谐荷载作用下，地面振动的衰减曲线出现波动;本文方法具有较大的计算域，可以模拟编组较长的列
### 轴荷载作用下铁路交通地面振动的半解析法研究
#### 一、引言
本文基于波数域内分层地基波动方程的求解理论，研究了铁路有砟轨道、无砟轨道及其与地基的耦合振动问题。通过对铁路交通地面振动的半解析法进行探讨，旨在解决由于铁路交通发展所带来的环境振动等问题。
#### 二、研究背景与意义
随着我国铁路交通的快速发展，特别是既有线提速以及高速铁路、城市轨道交通的大规模建设，环境振动和噪声污染等问题日益突出。因此，开展铁路交通地面振动的研究对于环境保护具有重要意义。目前，国内外对于这一领域的研究相对较少，尤其是在轴荷载作用下的地面振动方面。
#### 三、研究方法
1. **模型建立**：构建了有砟轨道、无砟轨道与分层地基之间的耦合振动模型。其中，地基被划分为若干层，每层具有不同的物理特性，而轨道结构则被简化为欧拉梁或类似的模型。
2. **波数域分析**：利用Fourier变换技术，在波数域内求解振动微分方程，再通过Fourier逆变换得到地表振动响应。这种方法能够有效地处理复杂的振动问题，尤其是在考虑多种因素影响时。
3. **能量传递特征分析**：通过对轨道与地基之间能量传递特性的分析，探究不同类型的轨道（有砟与无砟）在传递振动时的差异。
4. **简谐荷载作用下的振动衰减**：研究了简谐荷载作用下地面振动的衰减特性，特别是在远距离范围内的变化规律。
5. **轴荷载仿真分析**：通过仿真分析，考察了列车轴荷载对地面振动的影响，并探讨了不同列车配置下的振动特性。
#### 四、研究成果
1. **轨道类型对比**：结果显示，铁路有砟轨道与无砟轨道在与地基的动力相互作用方面存在显著差异。这些差异主要体现在振动传递效率、振动衰减特性等方面。
2. **振动衰减特性**：在简谐荷载作用下，地面振动的衰减曲线呈现出波动性，这表明地面振动并非单调衰减，而是在一定距离范围内可能出现反复增大和减小的现象。
3. **仿真分析结果**：通过对不同速度、不同编组长度的列车轴荷载引起的地面振动进行仿真，验证了本文方法的有效性。此外，仿真结果还揭示了列车轴重对地面振动的影响。
4. **计算域优势**：本文提出的方法具有较大的计算域，能够模拟编组较长的列车通过时引起的地面振动，这对于研究实际运营中的高速铁路或城市轨道交通具有重要意义。
#### 五、结论
本文通过建立有砟轨道、无砟轨道与分层地基之间的耦合振动模型，并采用波数域内的半解析法进行分析，成功地探讨了铁路交通地面振动的问题。研究结果不仅揭示了不同轨道类型与地基间动力作用的差异，还提供了关于简谐荷载作用下地面振动衰减特性的深入理解。此外，通过仿真分析，验证了本文方法的有效性及其在模拟较长列车编组时的优势。这些成果对于进一步优化铁路交通设计、减轻环境振动问题具有重要的参考价值。
