شبيه سازي بار ديناميك قطار و بررسي تاثير آن بر ميزان لرزش سطح زمين

Simulation of Train Dynamic Load and Investigation of its Effects on Ground Surface Vibration

يكي از پيامدهاي زيست محيطي تونلهاي شهري، ايجاد لرزش در سطح زمين است كه در برخي موارد مي تواند آزار دهنده نيز باشد. هدف از اين مطالعه شبيه سازي بار ديناميك ناشي از حركت قطار و بررسي تاثير آن بر لرزش سطح زمين است. براي اين منظور ابتدا لازم است بار قطار شبيه سازي شده و اثر آن بر روي ميزان لرزش سطح زمين مورد بررسي قرار گيرد. در اين مطالعه، عوامل موثر بر بزرگي و فركانس بار ديناميكي قطار مورد بررسي قرار گرفته و تغييرات نيروي قايم اعمالي از طرف واگن به ريل در يك مدل طولي از واگنها، بر حسب زمان، تعيين شده است. سپس تابع بار ناشي از حركت قطار بر حسب فركانس محاسبه شده و به كمك طيف دامنه فوريه، محدوده فركانس بار شناسايي شده است. در مرحله بعدي با فيلتركردن فركانسهاي داراي انرژي كمتر در محدوده فركانسي بار، بار ديناميكي قطار به صورت نقطه اي به مدل عددي تونل )خط 4 مترو تهران( اعمال شده است. به اين ترتيب ميزان لرزش سطح زمين به صورت نگاشتهاي شتاب و سرعت مشخص شده است. مدلسازي انجام شده نشا ن مي دهد كه حداكثر لرزش سطح زمين در محدوده خط 4 مترو تهران، در اثر حركت همزمان دو قطار با سرعت 80 كيلومتر بر ساعت كه وزن هر واگن آن 100 تن است، برابر 84 دسي بل است كه اين مقدار مي تواند براي ساكنان اين منطقه آزاردهنده باشد.

The purpose of this paper is to simulate train movement and investigate its effect on ground vibration. For this purpose, effective factors on dynamic load magnitude and frequency have been studied and variation of wagon force in a longitudinal model is considered. Fourier Amplitude Spectrum was then computed by means of Fast Fourier Transformation (FFT) of the dynamic train load and the frequency range of train load was determined. In the next step, low energy frequencies were filtered and the dynamic load as a point load was implied on a numerical model of Tehran Subway Tunnel Line 4, as a case study. History of velocity and acceleration in the model surface was then recorded and used as a descriptor to appraise the vibration level. Based on the FTA standard, the induced vibration level leads to residential annoyance in the ground surface. This occurs when two trains with 80 Km/s speed and 100 ton wagon weight pass from the tunnel cross section.