2.5维有限元法计算地基土的动力响应

论文摘要

随着我国轨道交通的不断发展和列车运行速度的不断提高,交通荷载引起的振动对周围环境的影响越来越受到人们的关注。在此背景下,研究移动荷载作用下地基土的动力响应的计算方法具有十分重要的意义。要做出正确适当的环境振动评价,首先要弄清楚列车运行时振动产生的机理及传播规律。本文研究的对象为轨道交通系统产生的振动对周围环境的影响。轨道结构一般包括轨道、轨道扣件、枕木、碎石垫层等。而列车运行时,车轮和轨道之间存在着相互作用,由于轮重的作用使轨道产生弯曲变形,弯曲波就通过轨道各成分传给地基土并向四周传播,从而进一步诱发建筑物的二次振动。基于以上分析,本文的主要内容可总结为以下几点:1、对于复杂地质中波传播规律的研究,有限元方法有较好的适用性。考虑地基在列车移动方向上性质变化较小,通过沿轨道方向的波数变换将三维问题降维为两维问题,在垂直轨道方向的平面上将地基进行有限单元离散。最后将该平面上求解得到的结果沿轨道方向进行波数扩展求得三维空间中的时域解。此即2.5维有限元法,第二章详细推导了这一理论过程,这一部分是后面工作的基础。2、借助于Fortran程序设计语言,对2.5维有限元理论推导编制相应程序,从而实现了从理论到实际应用的转化。为了验证方法的真确性和可靠性,通过算例与半解析的分层法进行了对比,结果证明两者吻合良好。3、在此基础上利用2.5维有限元法分析了地下铁路振动传播的规律。考虑列车荷载加振频率和速度的不同,得到了距轨道中心线不同距离处的动力响应。最后,在全面总结全文工作的基础上,提出了文章尚需深入研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 概况
• 1.2.2 理论研究
• 1.3 本文所做的工作
• 第2章 2.5维有限元法的计算原理
• 2.1 引言
• 2.2 问题的描述
• 2.3 理论推导
• 2.4 流程图
• 2.5 分层法的简单介绍
• 2.6 算例
• 2.7 本章小结
• 第3章 地铁列车引起的地基振动
• 3.1 引言
• 3.2 计算实例
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 边界的处理
• 3.2.3 列车荷载的模拟
• 3.2.4 速度和加速度
• 3.2.5 加速度响应的时间历程与加速度的傅里叶振幅谱
• 3.2.6 地面响应沿距离的衰减
• 3.3 本章小结
• 第4章 结论和展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 附录A: 成层地基土的层间刚度矩阵
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢