列車(chē)引起的自由場(chǎng)地及建筑物振動(dòng)的理論分析和試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著城市的發(fā)展和人口的增多，交通問(wèn)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(shí)等特點(diǎn)已成為解決城市交通擁擠的有效措施。與此同時(shí)，列車(chē)運(yùn)行時(shí)所引起的周?chē)孛婕芭R近建筑物的振動(dòng)對(duì)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(lái)越嚴(yán)重的影響，引起了國(guó)內(nèi)外許多研究工作者的極大關(guān)注。 本文對(duì)列車(chē)引起的自由場(chǎng)地及建筑物的振動(dòng)進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，較系統(tǒng)地分析了列車(chē)振源荷載作用下自由場(chǎng)地及建筑

2、物振動(dòng)的特性及影響因素。主要研究?jī)?nèi)容包括： (1)結(jié)合城市發(fā)展所帶來(lái)的交通情況變化及其引發(fā)的振動(dòng)問(wèn)題，闡述了研究軌道交通引起地面及建筑物振動(dòng)的必要性，概括了該問(wèn)題的主要研究?jī)?nèi)容及研究方法，對(duì)國(guó)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(chǎng)地振動(dòng)、人體振動(dòng)、建筑物振動(dòng)、精密儀器使用性能以及車(chē)輛平穩(wěn)性等幾方面對(duì)國(guó)內(nèi)外的環(huán)境振動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，對(duì)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(duì)軌道交通

3、引起的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題研究具有十分重要的作用。 (3)根據(jù)彈性動(dòng)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(shí)，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(guò)算例對(duì)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(dòng)力互易定理及Green函數(shù)的互易性推導(dǎo)了移動(dòng)荷載作用下地基土的振動(dòng)位移，并通過(guò)算例分析了移動(dòng)常力荷載和簡(jiǎn)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(dòng)特性。 (6)應(yīng)用車(chē)輛動(dòng)力學(xué)、軌道動(dòng)力學(xué)及地基土的Green函數(shù)建立了比較完備的列車(chē)—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(chē)輛自身的振動(dòng)，而且考慮了軸重荷載組成的準(zhǔn)靜態(tài)激勵(lì)力和軌道不平順引起的輪軌動(dòng)態(tài)激勵(lì)力，其中軌道不平順?lè)謩e以單一波長(zhǎng)的簡(jiǎn)諧波和功率譜密度函數(shù)進(jìn)行模擬。列車(chē)模型、軌道模型和地基土模型之間分別通過(guò)列車(chē)輪對(duì)—鋼軌和軌枕—地基土之間的動(dòng)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(lì)和輪軌動(dòng)荷載激勵(lì)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(lì)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(jì)算程序，結(jié)合算例對(duì)列車(chē)引起的自由場(chǎng)地振動(dòng)特性進(jìn)行了計(jì)算和分析。通過(guò)引入分層地基土模型的頻散曲線和截止頻率，研究了列車(chē)速度和地基土特性對(duì)自由場(chǎng)地振動(dòng)的影響以及準(zhǔn)靜態(tài)激勵(lì)力在自由場(chǎng)地振動(dòng)中的貢獻(xiàn)。最后分析了傳播距離對(duì)自由場(chǎng)地振動(dòng)的影響。 (8)針對(duì)運(yùn)行列車(chē)引起的建筑物振動(dòng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬分析。從多個(gè)角度對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步總結(jié)了列車(chē)荷載作用下低層和高層