地下铁道的高速发展,在有效解决交通拥堵问题的同时,地铁列车运行产生的振动也对线路周边环境造成了显著的影响。由于受城市地区地形、地物、地质等条件的约束,为了最大限度的满足城市既有布局对线路平面的布置要求,满足客流分布的需求,在进行城市地下铁道线路设计时,往往需要设置大量的曲线轨道。以北京地铁为例,据不完全统计,不同线路曲线轨道占线路总里程的30%-50%。列车通过曲线轨道时产生的诸多问题一直是行业关注的焦点。尤其是地铁列车曲线运行引起的环境振动影响中,水平向振动强度大于铅垂向振动强度的特殊现象,现阶段对其机理分析仍然很不充分。除此之外,城市地铁部分线路,约50%的曲线轨道中,列车处于加减速运行状态。列车加减速通过曲线轨道时,轮轨动力相互作用十分复杂,有可能增加列车曲线运行产生的地表环境振动影响,而这个问题到目前为止,鲜有学者开展研究。作为影响交通环境振动强度的一个重要因素,地铁列车曲线运行产生的振动源强,至今为止尚未研究清楚。现阶段,行业规范推荐采用的环境振动经验链式衰减预测公式中,通过曲线修正项考虑曲线轨道振动源强对铅垂方向上环境振动的贡献,所得预测结果具有很大的不准确性。受地铁列车环境振动影响的敏感目标,除了对铅垂向振动有一定要求之外,对水平方向上的振动要求甚至更高,而按照目前的预测方法,是无法对地铁列车通过曲线轨道时引起的地表水平向振动响应进行10-1～10-3mm级精准预测的。因缺乏对曲线轨道振动源强特性的认识,在缓解地铁列车曲线运行产生的环境振动影响时,采用降低行车速度的做法不但没有降低沿线的环境振动影响,有时甚至出现振动放大的现象。随着交通环境振动预测及评估的研究工作不断向着深层次、精细化方向发展,为了准确地评估列车曲线运行引起的地表铅垂向振动响应,特别是水平向的振动响应,提高交通环境振动预测方法的可靠性和预测结果的准确性,有必要对列车曲线运行时的振动源强特性开展精细化研究。因此,本文将研究地铁列车曲线运行状态下,车-轨曲线动力学耦合频域解析模型,通过分析曲线轨道振动源强动荷载响应特性,最终给出地铁列车曲线运行时的振动源强特性。在国家自然科学基金项目“曲线隧道条件下地下列车加减速运行引起的环境振动预测模型及传播规律研究(No.51378001)”、“列车振动环境影响预测的准确度与可靠性研究(No.51778049)”的支持下,本文建立了曲线轨道车-轨动力耦合频域解析模型。通过对曲线轨道振动源强动荷载的强度、频率分布及变化特点进行研究,最终得到了地铁列车曲线运行时的振动源强特性。本文主要研究工作及成果如下:(1)建立了曲线轨道动力响应频域解析模型。基于周期性结构理论,提出了一种曲线梁基本元的频域数学模态叠加方法,表达曲线轨道的垂向、横向、纵向及扭转振动的频域动力响应,进而求解得到基本元内曲线轨道的平面内振动、平面外弯扭耦合振动。建立了曲线轨道空间振动响应频域解析模型(包括Euler-Bernoulli曲线梁模型和Timoshenko曲线梁模型),并对曲线轨道结构的动力响应进行了深入分析。(2)建立了加减速移动谐振荷载作用下曲线轨道动力响应的频域解析模型。通过匀速移动谐振荷载作用下曲线轨道结构稳态动力响应叠加法,推导了加减速移动荷载作用下曲线轨道结构动力响应的求解方法。(3)建立了曲线轨道车-轨动力耦合频域解析模型。引入考虑曲率半径的离散.支承曲线轨道动力学模型,为解决车辆与轨道间的移动多点激励问题,采用移动荷载状态激振,利用傅里叶积分变换及坐标变换等方法,建立轮轨接触点处曲线轨梁柔度矩阵、左右轮柔度矩阵,从而根据频域内轮轨力和位移的接触关系,通过轮轨接触点动态平衡以及位移协调,针对列车不同的运行状态,实现了车辆系统与轨道系统动力学方程组在曲线运行情况下的解析耦合,得到了车-轨动力曲线耦合的解析表达方程式。该模型具有精细准确、力学概念清晰、没有截断误差等优点。(4)结合曲线轨道车-轨耦合频域解析模型,针对列车匀速通过曲线轨道时的源强动荷载特性进行了参数化研究和系统分析,得到了列车曲线运行时,源强动荷载响应时频域的强度、分布以及变化特点。比较分析了列车曲线运行与直线运行的源强动荷载差别。研究了列车加减速通过曲线轨道时源强动荷载的变化特点。最终给出了地铁列车曲线运行时的振动源强特性。