城市轨道交通的发展有效助力了我国城市化的进程,深刻影响了社会变革和人们的生活方式,然而随之而来的环境振动问题也日渐凸显。众多学者针对我国不同地铁线路进行了大量实测试验,归纳其结果可发现地铁引起的地面垂向振动主要集中于40～80Hz频带。本文针对该垂向振动频带,基于轮轨P2力理论从振源上研究其振动机理和传递特性,进而提出有效减振措施。主要研究内容和结论如下:(1)以Jenkins经验公式、Winkler地基模型和双层叠合梁模型为理论依据,建立了三种不同轨道型式的车辆轨道耦合动力学模型,对比分析车辆轨道系统主要参数对轮轨冲击P1力和P2力的影响。仿真结果与理论分析结果均良好吻合,具有较高可信度。结果表明P1力主要受冲击作用影响,与轨道低接头倾角线性相关,随扣件刚度和运行速度增大而渐近增长,且变化幅度较大。此外还研究了扣件阻尼、簧下质量和一系垂向刚度等Jenkins经验公式未作考虑的参数影响,发现三者均存在一“优化区间”。P2力的影响参数较多,与接头倾角呈线性相关,随运行速度、簧下质量和扣件刚度增大均渐近增长。此外,增大扣件阻尼和一系垂向刚度均能对P2力产生一定抑制作用。就P2力频率而言,支承刚度和簧下质量对其起决定性作用,一系垂向刚度因与扣件刚度存在数量级差异对P2力频率几乎无影响。(2)利用短时傅里叶变换和时域对比方法分析了实测的四条地铁线路试验数据,并以落轮冲击台架试验结果为参考依据,明确了地铁线路普遍存在的40～80Hz垂向振动优势频带是由轮轨P2力引起。且振动向下传递至轨道系统时集中在30～100Hz内,加速度传递比显示轨道板对该频段的振动衰减效果不够明显,甚至出现部分频段的振动放大效应。向上传递至构架时往往会引起构架的模态共振,而一旦形成这种分布于全区间的共振势必会严重影响构架的疲劳强度。此外当车轮存在多边形磨耗时可能会在P2力频率区域产生共振,导致振动能量成倍放大。(3)建立了整体道床和浮置板道床模型,分别在跨端位置和跨中位置研究轨道低接头冲击激励引起的振动传递特性,结果表明振动纵向传递范围大致在前后5根轨枕距离内,在第5根轨枕处传递率为10%以下,在前后2个枕跨的范围内振动超出车辆正常通过水平。振动的横向传递路径主要为轨下系统,表现为冲击振动先垂向传递至扣件系统,再通过轨枕或浮置板横向传递至另一侧。振动在垂向具有较强传递性,主要成分为P2力,幅值能够达到正常值的2～3倍,且不易衰减。当P1力幅值较大时,也能传递至扣件力,但不会继续向下传递。(4)结合轮轨冲击P1力和P2力的参数影响分析结果,利用短波激励模拟线路运行情况验证减振措施,结果表明安装刚度较小的剪切型减振扣件能够有效减小P2力幅值,降低P2力频率,但同时会削弱扣件系统对钢轨的约束效应,容易引发钢轨的高频弹性振动,进而导致钢轨波磨,因此需要合理选取参数范围,本文模型中取值为10～20MN/m时,可以较好兼顾两者需求。应用低簧下质量的减振措施可以有效降低P2力幅值,而且不会对其他区间的振动产生不利影响,因此在满足其他条件下应尽量降低簧下质量。浮置板道床虽然对P2力有一定的减振优势,但可能激发浮置板的垂弯模态,造成P2力共振区间的扩大,严重影响其混凝土结构的服役性能和疲劳寿命。因此在进行轨道参数匹配设计时尤其需要合理参考浮置板的模态特征,尽量使得P2力频率避开浮置板的垂弯模态。