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新长沙站结构振动分析与振动控制研究

邓子铭  
【摘要】:为了解决以往车站在使用过程中的诸如广场交通混乱,候车厅环境恶劣,乘客换乘不便,走行距离过长等弊端,高速铁路车站大多数都是采用高架车站结构形式。由于高架车站将列车高架桥与车站主体结构连为一个有机整体,而且有多线列乍以高速从站房通过,高速列车与结构之问以及结构各部分之间的振动相互耦合,列车通过高架桥时所引起的振动有可能引起使用人员的不安和恐慌或者导致整个建筑结构物无法正常使用,因此非常有必要对这类高架车站在高速列车通过时的振动响应、影响规律及控制技术进行研究。本文以武广客运专线上的新长沙火车站为工程背景,对列车通过高架车站时的振动作用和振动控制进行了研究,为同类高架车站结构的设计提供参考。本文主要取得以下主要研究成果: 1、建立了新长沙站结构空间振动分析模型,提出了把整个“车辆-桥梁-结构”系统的动力学相互作用分解为成“车辆-桥梁”系统和“桥梁-车站结构”两个子系统分别进行求解,然后通过轮轨相互作用力将二者关联的计算方法,并对两个子系统分别按“车辆-桥梁”振动评价标准和结构物环境振动评价标准分开进行评价的分析方法。 2、利用GSAP车桥耦合动力仿真分析专业软件对新长沙站桥梁或轨道梁结构进行了“车辆-桥梁”系统的车桥耦合振动分析,计算结果表明新长沙站桥梁结构具有良好的动力特性及列车走形性,桥梁结构的动力响应及列车行车的安全性和舒适性均满足要求。 3、在SAP2000通用有限元分析软件中建立了“桥梁-乍站结构”系统分析模型,利用“车辆-桥梁”系统计算与分析得到的高速列车对桥梁的激励力时程,计算与分析了典型工况下车站结构候车大厅楼板和雨棚结构的动力响应,各关键点位处位移、速度、加速度的大小及分布规律。结果表明:候车大厅乘客人体舒适性满足要求;候车大厅楼板、雨棚的振动响应小于控制标准值,且安全裕量较大,远不足以引起车站结构的安全问题。 4、对轨道梁和候车大厅楼板的的减振控制进行了计算与分析,通过合理布置TMD及参数优化,轨道梁和候车大厅楼板的竖向位移减振幅值分别达到10.3%-35.2%和10.76%~18.63%;竖向加速度的减振幅值分别达到8.4%~26%和10.70%-23.14%,取得了理想的减振效果。 5、对候车大厅楼板减振前后的加速度响应进行了实测与分析,结果表明实测值与前述理论计算值比较接近,说明前述理论计算模型与分析方法正确,计算结果可信,可为同类高架车站结构的计算与分析提供参考。


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