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高架桥系统环境振动评价与减振分析

彭波  
【摘要】: 随着国民经济的飞速发展,铁路、地铁和城市轨道交通系统也在全国进入建设高潮,与此同时列车运行产生的振动对环境的影响也越来越大,已到了必须重视的地步。但是,目前国内对沿线环境振动的评价、预测方法仍以现场实测和经验公式为主,误差较大,缺乏系统的研究和定量的分析方法,因此不能在建设前有效地指导设计与施工。为了正确评价轨道沿线环境的振动,有必要深入研究列车荷载作用下地基土的动力响应。 本文以列车荷载作用下的轨道、高架桥和地基为研究对象,分析了轨道交通荷载作用下地基土的响应,得到振动在地基土中的传播特性。对振动较大的轨道沿线采用了两种不同的减振措施,并对减振效果进行分析比较。 本文主要研究了以下几个方面的问题: 1、综述了已有的轨道模型以及各种模型适用的研究范围。在此基础上选取Euler梁模型以及Timoshenko梁模型进行分析。从计算结果看,在研究高速移动荷载作用下轨道系统的动力响应这种特定情况下,本文提出的模型与计算方法是合理的。 2、考虑到地基振动对建筑物产生的直接影响,本文对移动荷载引起的地基响应作了详细的研究。由于地质条件的复杂性,将地基看成是层状的,并且每层都是均匀弹性的,通过解三维弹性体的波动方程(Navier方程)得到地基在移动荷载作用下的波数-频域的解,再通过快速Fourier逆变换(FFT)求得空间-时间域的解。基于分层法的解析算法,得到了在不同点以及在同一点但不同地质条件下的时程分析曲线、加速度变化曲线和传递函数反应谱,结果表明,地基土在x、y、z三个方向的响应都是随时间变化的,并且伴随有明显的波动现象产生;对于相同地质条件的不同观察点,距离荷载作用线越远的地方振幅越小,即振动具有明显的衰减性。 3、关于轻轨列车荷载作用下的地基土的振动分析,本文考虑到轻轨的结构形式一般为高架桥,与普通铁路和地铁不同,因此,本文对这一问题进行了专门研究。高架桥系统对周围环境的影响是通过高架桥的柱子而产生的,其特征是荷载位置不变,但大小随时间变化。对这一问题的计算,只需能够求得列车 武汉理工大学博士学位论文 荷载作用下桥墩的时程曲线,则现有的有限元软件ANSYS己能较好地求解。 因此在计算轻轨列车荷载作用下地基土的响应时,本文运用ANSYS软件进行 模拟,在振动较大的地方采用设置阻波区(WIB,wave Impeding Block)和隔 振沟两种减振措施,同时对减振效果进行分析比较,得到了较为理想的结果。 通过本文的研究成果表明,轻轨的振动分析可以服务于轻轨工程的可行性研究、 设计与施工,为政府决策部门提供依据,对轨道系统运行时产生的环境振动较 敏感的建筑物采取合理的隔振与减振措施进行指导,并对减振效果进行预评价。 最后,在全面总结论文工作的基础上,提出本课题尚待深入研究的若干问题。


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