考慮連接局部細節(jié)的地鐵上蓋建筑物振動性能模擬方法及其應用.pdf

1、近年來，地鐵車站和停車場上部空間的開發(fā)利用成為了提高土地利用率和經(jīng)濟效益的熱點，但由于這類地鐵上蓋建筑物處于長期的振動環(huán)境中，這些振動時刻影響著地鐵上蓋建筑物中人類的健康和生活，與空氣污染一樣成為了一種環(huán)境污染。軌道運行產(chǎn)生的振動將會影響上蓋建筑物的正常使用，所以一個能夠較為準確的模擬其振動性能的有限元模型是這類建筑結(jié)構(gòu)設計的不可缺少的前提之一。
　　目前對地鐵上蓋建筑物的有限元模擬均采用與普通建筑物相似的結(jié)構(gòu)有限元模型，這種模型

2、忽略了地鐵上蓋建筑與下部結(jié)構(gòu)之間的連接局部對上蓋建筑動力特性的影響，當用于上蓋建筑振動特性的模擬計算時，得到的結(jié)果往往不夠理想。因此本文首先考慮地鐵上蓋建筑物與下部綜合體之間的連接局部細節(jié)，建立利用彈簧單元模擬關鍵連接局部約束參數(shù)的參數(shù)模型，探討了關鍵連接局部處六個自由度方向的約束參數(shù)對地鐵上蓋建筑振動噪聲的影響;其次，根據(jù)相關工程圖紙，對地鐵上蓋建筑與下部結(jié)構(gòu)之間的連接局部按照其細節(jié)特征建立包含局部精細模擬的多重網(wǎng)格模型，并利用實測信

3、息對兩種不同方法建立的有限元模型進行修正;最后在修正后的多重網(wǎng)格有限元模型的基礎上，探討連接局部有效可行的減振措施。具體來說，本文完成的研究工作和主要成果有:針對地鐵上蓋建筑物以結(jié)構(gòu)振動性能為主要目標的有限元分析的需要，結(jié)合結(jié)構(gòu)的不同連接形式對其振動特性影響較大的已有研究，選擇上蓋建筑物與有軌道經(jīng)過的下部綜合體之間的連接局部作為重點研究對象。以實際工程為背景，建立了利用彈簧單元模擬關鍵連接局部約束參數(shù)的參數(shù)模型，將工程實際中下部綜合體與

4、上蓋建筑物之間的剛性樁簡化模擬為理想固支。在驗證了模型的有效性的基礎上，分析了誤差的來源，并通過修改彈簧單元勁度系數(shù)來模擬不同的模型關鍵連接局部的約束剛度，分析了關鍵連接局部的六個自由度方向的約束剛度的上蓋建筑物振動噪聲靈敏度，研究結(jié)果表明，關鍵連接局部垂直地面平動自由度方向的約束剛度參數(shù)對上蓋建筑物振動噪聲影響最大，而其它自由度方向的約束剛度的影響比較小可忽略。
　　從理論框架上及在有限元軟件實施兩方面，探討了有限元模型中不同類

5、型單元的連接方式。在參數(shù)模型的基礎上建立了對關鍵連接局部精細建模的多重網(wǎng)格有限元模型，利用實體單元模擬關鍵連接局部的混凝土材料，梁單元模擬其中的鋼筋，采用滿足交界面位移協(xié)調(diào)的方法將連接局部精細模擬的部分與模型其余部分連接。驗證多重網(wǎng)格模型的有效性后，將該模型與參數(shù)模型的模擬結(jié)果與實測數(shù)值對比。根據(jù)靈敏度分析的結(jié)果，對不同方法建立的兩個有限元模型進行修正和驗證。研究結(jié)果表明:修正后的兩種模型均能獲得較好的模擬結(jié)果;在模型計算效率相差不大的

6、前提下，多重網(wǎng)格模型的模擬結(jié)果相較參數(shù)模型更為接近實測值;不同方法建立的地鐵上蓋建筑結(jié)構(gòu)有限元模型在修正后，不僅是選為目標函數(shù)的部分更接近實測值，且模擬結(jié)果中沒有選為目標函數(shù)的部分的誤差也有所降低。
　　對比了實測振動噪聲與國家標準限值后，發(fā)現(xiàn)當?shù)罔F上蓋建筑物與下部綜合體之間為剛性樁連接的情況中，實測振動噪聲將會略微超出國家標準中適宜達到的限值。在調(diào)研了當前市售的抗震支座原理后，發(fā)現(xiàn)普通的抗震支座不適用于地鐵上蓋建筑物的減振設計，

7、但可以利用三維抗震（振）支座中豎向抗振結(jié)構(gòu)對地鐵上蓋建筑物的連接局部進行減振優(yōu)化。在地鐵上蓋建筑物多重網(wǎng)格模型的基礎上考慮利用橡膠材料對結(jié)構(gòu)有限元進行連接局部的減振優(yōu)化設計，利用Mooney-Rivlin模型考慮橡膠材料的超彈特性，建立局部抗振性能優(yōu)化模型。關鍵連接局部抗振性能優(yōu)化模型的振動噪聲模擬結(jié)果較優(yōu)化前有了大幅度的下降，表明在關鍵連接局部利用橡膠塊進行減振對于降低上蓋建筑物的振動噪聲是合理可行的措施。
　　綜上所述，本文研