列車引起的自由場地及建筑物振動的理論分析和試驗研究.pdf

1、隨著城市的發(fā)展和人口的增多，交通問題日益突出，軌道交通以其運(yùn)量大、速度快、安全可靠、運(yùn)行準(zhǔn)時等特點(diǎn)已成為解決城市交通擁擠的有效措施。與此同時，列車運(yùn)行時所引起的周圍地面及臨近建筑物的振動對人們的身體健康、生活和工作環(huán)境質(zhì)量、建筑物的安全以及精密儀器的正常使用造成了越來越嚴(yán)重的影響，引起了國內(nèi)外許多研究工作者的極大關(guān)注。 本文對列車引起的自由場地及建筑物的振動進(jìn)行了理論分析和試驗研究，較系統(tǒng)地分析了列車振源荷載作用下自由場地及建筑

2、物振動的特性及影響因素。主要研究內(nèi)容包括： (1)結(jié)合城市發(fā)展所帶來的交通情況變化及其引發(fā)的振動問題，闡述了研究軌道交通引起地面及建筑物振動的必要性，概括了該問題的主要研究內(nèi)容及研究方法，對國內(nèi)外在這一領(lǐng)域的研究進(jìn)行了較為全面的綜述。 (2)分別從環(huán)境場地振動、人體振動、建筑物振動、精密儀器使用性能以及車輛平穩(wěn)性等幾方面對國內(nèi)外的環(huán)境振動控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，對標(biāo)準(zhǔn)中的各種規(guī)定和限值進(jìn)行了分析、比較和總結(jié)，對軌道交通

3、引起的環(huán)境振動問題研究具有十分重要的作用。 (3)根據(jù)彈性動力學(xué)的基本方程，利用Fourier積分變換、Hankel積分變換和Haskell-Thomson傳遞矩陣法，在柱面坐標(biāo)系下推導(dǎo)出了單位脈沖荷載作用于地基土表面時，彈性半空間、分層剛性基礎(chǔ)和分層彈性半空間三種地基土模型表面豎向位移的Green函數(shù)，并通過算例對Green函數(shù)的特性進(jìn)行了分析和研究。 (4)提出了Clenshaw-Curtis改進(jìn)算法，并將其成功地應(yīng)

4、用到地基土Green函數(shù)從波數(shù)域到空間域的變換中，分別得到了空間域內(nèi)柱面坐標(biāo)系下和直角坐標(biāo)系下的地基土Green函數(shù)。 (5)根據(jù)Betti-Rayleigh動力互易定理及Green函數(shù)的互易性推導(dǎo)了移動荷載作用下地基土的振動位移，并通過算例分析了移動常力荷載和簡諧荷載作用下彈性半空間和分層彈性半空間地基土模型的振動特性。 (6)應(yīng)用車輛動力學(xué)、軌道動力學(xué)及地基土的Green函數(shù)建立了比較完備的列車—軌道—地基土相互作用

5、理論分析模型。該模型不僅考慮了車輛自身的振動，而且考慮了軸重荷載組成的準(zhǔn)靜態(tài)激勵力和軌道不平順引起的輪軌動態(tài)激勵力，其中軌道不平順分別以單一波長的簡諧波和功率譜密度函數(shù)進(jìn)行模擬。列車模型、軌道模型和地基土模型之間分別通過列車輪對—鋼軌和軌枕—地基土之間的動力相互作用關(guān)系進(jìn)行耦合。最終推導(dǎo)出了準(zhǔn)靜態(tài)激勵和輪軌動荷載激勵引起的鋼軌位移和地基土表面位移，并給出了實(shí)際軌道不平順激勵下地基土表面的位移、速度和加速度譜密度函數(shù)。 (7)基

6、于本文的分析理論以及多年的科研積累，采用Matlab7.1編制了計算程序，結(jié)合算例對列車引起的自由場地振動特性進(jìn)行了計算和分析。通過引入分層地基土模型的頻散曲線和截止頻率，研究了列車速度和地基土特性對自由場地振動的影響以及準(zhǔn)靜態(tài)激勵力在自由場地振動中的貢獻(xiàn)。最后分析了傳播距離對自由場地振動的影響。 (8)針對運(yùn)行列車引起的建筑物振動進(jìn)行了現(xiàn)場試驗研究和數(shù)值模擬分析。從多個角度對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步總結(jié)了列車荷載作用下低層和高層