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考虑桩土效应下高速列车运行对高层建筑的振动影响研究

陈小雪  
【摘要】:交通拥挤阻碍着城市的发展,为了解决这一问题,我国加大了对高速铁路和城市轨道交通建设,轨道交通也因为其方便、安全、快捷等优点,成为人们出行方式的首选。但在方便人们出行的同时,运行列车对周围环境也产生了强烈的振动影响,这种振动作对结构的舒适性和耐久性造成了影响,甚至会影响结构的安全性,严重干扰了人们的工作、生活和学习,逐渐引起人们的关注。为了解决此类问题,要对振源、传播途径和受振结构进行分析研究。本文基于对轨道交通系统产生振动的机理、振动的传递和周边结构振动响应特性进行深入的研究,既可以解决铁路轨道沿线受振动影响的问题,也可以为轨道交通系统的规划设计和鉴定评估提供参考和依据。通过对环境振动的理论分析,基于子结构法的思想,把列车-轨道-轨枕-大地-基础-结构体系分为列车-轨道-轨枕-大地体系和轨道-轨枕-大地-基础-结构体系。在考虑桩土相互作用非线性接触的关系下,通过有限元分析软件ANSYS建立起轨道-轨枕-大地-基础-结构体系的有限元分析模型,利用这个有限元模型模拟了在不同工况下结构体系的振动响应特性,最后根据我国的《城市区域环境振动标准》(GB10070-88)对受列车荷载影响下的高层建筑进行舒适度评价。本文的主要研究内容有:(1)通过对列车与轨道的耦合动力分析模型和轨道不平顺的激励的研究,计算出在列车轮压的作用下轨道节点的反力。为了分析振动波的传递和衰减规律,建立起轨道-轨枕-大地的有限元传递分析模型。(2)通过对地基土-基础-高层建筑相互作用分析模型的研究,根据弹塑性理论的基本分析方法,完成对桩与土之间非线性接触的模拟,从而建立起轨道-轨枕-土体-基础-结构体系的有限元分析模型。(3)通过对不同距离、不同车速和不同楼层高度时结构体系振动响应特性的研究,得到了地基土和高层建筑的振动响应特性规律。并且对比分析了考虑桩土效应的情况下,高层建筑的很多响应特性,完成结构体系舒适度的评价。本文研究了在考虑桩土效应下高速列车运行对高层建筑的振动影响,通过不同工况下桩与土的接触关系,真实模拟出了高层建筑的振动响应特性,为今后同类建筑结构的规划设计和鉴定评估提供依据,具有明显的现实意义。


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