《軌道交通振動與控制學術前沿》是一部聚焦軌道交通環(huán)境振動問題的學術專著，兼具研究生教材功能。全書以振動產生機理、傳播規(guī)律與控制技術為核心，構建理論測試分析防控一體化研究框架，系統(tǒng)闡釋軌道結構動力學、振動測試方法、建筑環(huán)境耦合效應等關鍵理論。針對城市軌道交通與高速鐵路兩類典型場景，深入解析軌道土體建筑物耦合振動特征，結合精密儀器振動控制、歷史建筑保護等現(xiàn)實需求，提出多層次減振策略。書中創(chuàng)新性地引入了機器學習、深度學習等智能預測技術，展示了學科交叉研究的前沿方向。作為教學用書，注重理論模型推導與工程案例分析相結合，設置典型振動問題求解范例，配套國內外經(jīng)典文獻導讀，幫助研究生建立系統(tǒng)化知識體系，培養(yǎng)科學問題提煉與創(chuàng)新方法應用能力。
本書既可作為交通運輸工程、土木工程等專業(yè)研究生核心課程教材，也可為軌道交通振動防治領域科研與實踐提供理論支撐和技術參考。
《軌道交通振動與控制學術前沿》是一部聚焦軌道交通環(huán)境振動問題的學術專著，兼具研究生教材功能。作為教學用書，注重理論模型推導與工程案例分析相結合，設置典型振動問題求解范例，配套國內外經(jīng)典文獻導讀，幫助研究生建立系統(tǒng)化知識體系，培養(yǎng)科學問題提煉與創(chuàng)新方法應用能力。
本書既可作為交通運輸工程、土木工程等專業(yè)研究生核心課程教材，也可為軌道交通振動防治領域科研與實踐提供理論支撐和技術參考。
隨著全球經(jīng)濟快速發(fā)展和城市化進程的加速，軌道交通作為一種現(xiàn)代化、資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的交通方式，逐漸成為許多國家和地區(qū)交通系統(tǒng)的核心組成部分。近年來，列車運行引起的環(huán)境振動問題備受關注，軌道交通振動經(jīng)由軌道結構和下部基礎向外傳播，不僅會對沿線建筑物和設施帶來不良影響，還可能引發(fā)鄰近建筑內的二次振動和噪聲，進而干擾居民的正常生活和工作，甚至影響科研建筑內精密儀器的正常運行。鑒于此，深入探究軌道交通振動的產生機理、響應特征、傳播特性以及控制方法，對保障軌道交通系統(tǒng)的安全、高效運行具有重要的理論意義和實踐價值。
針對上述問題，本書對軌道振動與控制國內外最新研究進展進行了系統(tǒng)性的梳理、歸納與總結，并融入了作者研究團隊的相關成果。本書既注重介紹基本概念和基本研究方法，又強調理論與實際的緊密結合，在部分章節(jié)中還給出了相關工程案例；同時，書中的參考文獻可供感興趣的讀者就相關問題進行拓展閱讀，衷心期盼本書的出版能夠為讀者帶來諸多益處。
本書共分為8章。第1章主要介紹了軌道交通振動發(fā)展、影響與機理；第2章詳細描述了軌道交通振動的理論方法和建模過程，為后續(xù)章節(jié)提供理論分析基礎；第 3 章重點介紹了軌道交通振動測試技術，詳細描述了軌道交通系統(tǒng)中常用的振動測試設備與測試方法；第 4 章分析了不同型式的軌道結構下的振動響應特征；第 5 章主要介紹了城市軌道交通振動傳播規(guī)律及對上蓋建筑、精密儀器、劇院和古建筑的影響；第 6 章針對高速鐵路系統(tǒng)，分析了高速列車運行時軌道系統(tǒng)與鄰近結構的振動特征；第 7 章研究了高速鐵路大型車站的振動分布特性和控制方法；第 8 章介紹了基于人工智能的軌道交通振動預測方法，探討了機器學習和深度學習在振動特征分析和預測中的應用。
本書通過系統(tǒng)、全面的內容布局，幫助讀者深入了解軌道交通振動及其控制的最新研究進展。本書是在作者及團隊多年來研究和探索的基礎上，綜合國內外軌道交通振動相關研究成果完成的。在本書撰寫過程中，團隊高亮、彭華、肖宏、辛濤、侯博文等多位老師提出了寶貴的意見和建議；中國鐵道科學研究院集團有限公司及相關高校、設計院、鐵路局等單位的領導及專家給予了大力支持和幫助；研究生李金輝、王啟好、王雨琪、湯雪揚、張乾、辛源、王一等積極參與了資料整理、文字校對等工作，在此致以衷心的感謝。
本書得到國家自然科學基金川藏鐵路無縫線路結構體系服役狀態(tài)演變機理及調控機制（U23A20666）項目資助。
限于作者水平及研究局限，書中難免有不當及疏誤之處，敬請廣大讀者不吝賜教，以便改正。
作 者
2025年1月
1 緒論 1
1.1 軌道交通的發(fā)展 1
1.1.1 國內軌道交通的發(fā)展 1
1.1.2 國外軌道交通的發(fā)展 2
1.2 軌道交通振動的影響 4
1.2.1 軌道交通振動對人體的影響 4
1.2.2 軌道交通振動對古建筑的影響 5
1.2.3 軌道交通振動對精密儀器的影響 5
1.2.4 軌道交通振動對軌道結構的影響 6
1.2.5 軌道交通振動對車輛的影響 6
1.3 軌道交通振動的產生機理 7
1.3.1 準靜態(tài)機理 7
1.3.2 參數(shù)激勵機理 7
1.3.3 鋼軌不連續(xù)機理 8
1.3.4 輪軌粗糙度機理 8
1.3.5 波速機理 9
1.4 軌道交通振動的傳播特性 9
1.4.1 振動的傳播機理 9
1.4.2 波的傳播規(guī)律 10
1.4.3 軌道結構振動傳遞特性 11
1.4.4 振動在土壤中的傳播 13
1.5 軌道交通振動的控制措施 14
1.5.1 振源控制 14
1.5.2 傳播途徑控制 16
1.5.3 受振對象被動隔振控制 21
1.6 本書主要內容 22
思考題 22
2 軌道交通振動理論方法和分析模型 23
2.1 軌道交通振動分析基本理論 23
2.1.1 隨機振動理論 23
2.1.2 車輛軌道耦合系統(tǒng)振動分析理論 24
2.2 車輛軌道耦合系統(tǒng)振動模型 26
2.2.1 車輛仿真模型 26
2.2.2 軌道模型 31
2.2.3 車輛軌道相互作用模型 36
2.3 車輛軌道環(huán)境耦合振動模型 38
2.3.1 車輛軌道路基仿真分析模型 38
2.3.2 車輛軌道橋梁仿真分析模型 41
2.3.3 車輛軌道隧道仿真分析模型 42
思考題 44
3 軌道交通振動測試技術 45
3.1 軌道交通振動測試流程 45
3.1.1 測試前期準備 45
3.1.2 設備與儀器準備 45
3.1.3 測點布設 49
3.1.4 儀器安裝 53
3.1.5 數(shù)據(jù)采集 54
3.2 軌道交通振動測試信號處理 55
3.2.1 信號特性與分類 55
3.2.2 數(shù)據(jù)預處理 57
3.2.3 振動信號的時域處理方法 57
3.2.4 振動信號的頻域處理方法 59
3.3 軌道交通振動測試案例 61
3.3.1 地鐵振動測試 62
3.3.2 高鐵振動測試 64
3.3.3 車內噪聲測試 66
3.4 軌道交通振動長期監(jiān)測 68
3.4.1 常規(guī)振動長期監(jiān)測系統(tǒng) 68
3.4.2 光纖分布式振動監(jiān)測系統(tǒng) 70
思考題 71
4 城市軌道交通軌道結構振動分析 72
4.1 城市軌道交通減振基本原理 72
4.1.1 城市軌道交通的基本特征 72
4.1.2 減振基本原理 73
4.1.3 軌道交通減振降噪等級 73
4.2 城市軌道交通軌道減振措施對比 74
4.2.1 一般減振軌道 74
4.2.2 中等減振軌道 77
4.2.3 特殊減振軌道 79
4.3 一般減振扣件軌道振動特性分析 80
4.3.1 軌道結構動力分析 80
4.3.2 一般扣件減振效果 81
4.3.3 行車舒適性及安全性 82
4.4 彈性長枕減振軌道振動特性分析 84
4.4.1 軌道結構動力分析 84
4.4.2 彈性長枕軌道減振效果 85
4.4.3 行車舒適性及安全性分析 88
4.5 鋼彈簧浮置板軌道振動分析 90
4.5.1 軌道結構動力響應 90
4.5.2 鋼彈簧浮置板減振效果 98
4.5.3 行車舒適性及安全性分析 103
思考題 110
5 城市軌道交通鄰近環(huán)境振動特性 111
5.1 城市軌道交通上蓋建筑振動特性 111
5.1.1 振源特性分析 111
5.1.2 傳播途徑分析 111
5.1.3 上蓋建筑的概念 112
5.2 城市軌道交通對精密儀器的影響 113
5.2.1 振動對精密儀器的影響及其特點 113
5.2.2 精密儀器振動評價標準 113
5.2.3 樓內精密儀器振動傳播預測 114
5.2.4 對振動區(qū)域精密儀器的保護措施 116
5.3 城市軌道交通對大型劇院振動影響 117
5.3.1 列車振動對大型劇院的影響及危害 117
5.3.2 大型劇場振動傳播預測 117
5.3.3 大型劇場建筑二次結構噪聲預測 122
5.3.4 大型劇場噪聲控制措施 124
5.4 城市軌道交通對古建筑的振動影響 124
5.4.1 列車振動對古建筑的影響及特點 124
5.4.2 振動對古建筑的影響機制 126
5.4.3 對古建筑的減振保護措施 126
思考題 127
6 高速鐵路軌道下部結構振動分析 128
6.1 高速鐵路振動基本特征 128
6.1.1 高速鐵路振動成因 128
6.1.2 高速鐵路軌道振動影響 131
6.2 高速鐵路無砟軌道振動傳遞規(guī)律 134
6.3 高速鐵路無砟軌道岔區(qū)振動特性 137
6.3.1 測試內容及方法 137
6.3.2 布點原則 139
6.3.3 高速鐵路岔區(qū)振動特性 139
6.4 高鐵振動對鄰近建筑內部精密儀器的影響 144
6.4.1 軌道結構振動特性分析 145
6.4.2 減振軌道鐵路線路對精密儀器振動影響分析 146
6.5 高速鐵路斷裂帶地區(qū)軌道結構振動傳遞特性 158
6.5.1 不同軌道結構下系統(tǒng)動力響應 158
6.5.2 振動傳遞特性及減振效果分析 167
思考題 169
7 高速鐵路大型車站振動分布與控制 170
7.1 無砟軌道振動測試及源強特征 170
7.1.1 普通及CRTSⅢ型板式無砟軌道振動特征 171
7.1.2 高速鐵路無砟軌道振動譜 175
7.1.3 基于振動譜的高速鐵路無砟軌道振動參考源強 177
7.2 列車軌道高架車站耦合振動分析模型 181
7.2.1 多編組高速列車柔性輪對模型 182
7.2.2 無砟軌道動力優(yōu)化模型 184
7.2.3 多臺多線軌站共構高架車站模型 186
7.3 大型高架車站振動傳播特性及空間分布規(guī)律 189
7.3.1 大型高架車站振動傳播特性分析 192
7.3.2 車致振動在大跨度多層車站的空間分布規(guī)律 201
7.4 復雜運營下大型高架車站振動疊加特性 208
7.4.1 雙線同向過車振動疊加分析 208
7.4.2 三線雙向過車振動疊加分析 215
7.4.3 地鐵振動疊加分析 220
思考題 224
8 基于人工智能的振動預測方法 225
8.1 人工智能模型和理論方法 225
8.1.1 人工智能模型 225
8.1.2 振動評價指標 228
8.1.3 預測評價指標 229
8.1.4 模型建立常用函數(shù) 229
8.2 數(shù)據(jù)的典型特征和預處理 231
8.2.1 數(shù)據(jù)的典型特征 231
8.2.2 數(shù)據(jù)的預處理 231
8.3 基于貝葉斯優(yōu)化的軌道結構振動特性預測 233
8.3.1 基于貝葉斯優(yōu)化的時間卷積網(wǎng)絡模型（BOATCN） 233
8.3.2 振動響應預處理 235
8.3.3 預測結果分析 236
8.4 基于混合神經(jīng)網(wǎng)絡的車體動力響應預測 240
8.4.1 GATCNLSTM神經(jīng)網(wǎng)絡模型的構建 240
8.4.2 模型的預測結果 243
8.5 基于主動學習的高架車站的隨機響應預測 244
8.5.1 主動學習模型的建立 244
8.5.2 預測結果 246
8.6 基于高斯過程回歸的道岔區(qū)不平順估計 246
8.6.1 基于高斯過程回歸的區(qū)間估計模型（BOBiLSTMGPR） 246
8.6.2 區(qū)間預測評價指標 248
8.6.3 區(qū)間估計結果 249
思考題 251
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