地铁运行所致环境振动与建筑物隔振方法研究

论文摘要

随着大城市交通的不断发展,环境振动和噪声的影响日益显著,日本已将其列为七大公害之首。地铁具有快捷、准时和运量大等特点,北京、上海等大城市地铁的发展比其它交通设施发展快得多。因此,地铁运行的环境振动影响将越来越突出。本文结合上海地铁一号线和在建的地铁十号线附近的上海音乐学院实验剧场、排演中心和教学楼工程的隔振研究展开论文工作。首先归纳整理了环境振动分析的有关理论与分析方法,在对地铁一号线地铁运行所致环境振动的地面现场实测分析的基础上,利用实测数据分析了适合地铁环境振动分析的隧道仰拱荷载。在此基础上,采用二维模型分析了地铁环境振动有限元方法的各种影响因素,比较了三维与二维模型计算的异同点,得到适合二维模型的计算方法。进一步结合实例分析了地铁振动影响下建筑物振动的有限元计算方法及建筑内振动传播的基本规律。最后,分析了自由场隔振的各种连续屏障方法的隔振效果和建筑内局部浮筑结构隔振及建筑基底整体隔振的方法。主要研究成果有:1.总结了环境振动分析中用到的有限元方法及2.5维有限元方法的有关理论,以及计算中的一些需要加以注意的方面;分析了振动数据处理和评价中的一些计算方法;整理了土中振动波衰减的一般规律和理论。2.通过对上海地铁一号线的地铁环境振动影响的实测分析,区分了地铁列车与汽车所致环境振动的不同特点。在此基础上利用已有的钢轨加速度实测数据和不同的车辆模型,考虑轮轨Hertz非线性接触和轨道不平顺影响,得到了钢轨荷载时程。随后分别利用简单弹簧系统模型与复杂纵向模型,分析了适合地铁环境振动分析各种模型的隧道仰拱荷载时程和轮载时程。3.采用平面模型分析了有限元方法用于环境振动计算时振型叠加法与直接积分法的适用性,讨论了瑞利阻尼系数取值的合理性,研究了模型规模、单元尺寸及计算时步的确定方法。比较了几种人工边界用于计算的不同影响。4.对考虑了三维影响的2.5维有限元方法进行了理论探讨并编制了程序,通过三维和2.5维有限元方法考虑列车行进效应的分析,得到了地铁环境振动在土层自由场的衰减规律,也与二维模型环境振动分析进行了对比,分析了二维模型计算的可行性以及合理的隧道仰拱荷载时程。利用二维模型分析了厚层软土情况地铁环境振动的自由场衰减规律,得出建筑在不同振动限值标准情况下需要考虑振动影响的范围。5.利用土与结构相互作用模型分析了建筑物建成前后的振动影响及不同建筑布置的影响,研究了建筑振动分析合理的底部输入时程。结合上海音乐学院教学楼工程在地铁环境振动影响下的振动计算,分析了建筑物中振动传播的规律及建筑振动计算方法,讨论了按剪切波长与弯曲波长进行结构单元划分的区别。比较了建筑振动分析时一致激励与多点激励的各种输入方法的不同影响,分析了适合大平面建筑的基础大质量法多点激励计算方法及建筑内振动衰减规律。比较了建筑三维模型和二维模型用于振动计算的区别。6.采用二维平面应变模型,分析了土层自由场的混凝土隔振墙、空沟和建筑下部的波阻块等屏障的隔振效果。结合上海音乐学院实验剧场、排演中心和教学楼工程在地铁环境振动影响下的隔振工程实例,分析了建筑物的局部浮筑结构隔振中与簧下楼板的相互作用问题以及输入时程确定问题,进行了实验剧场观众厅建筑的基底弹簧整体隔振方法的计算分析和基底隔振建筑振动特点的讨论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 地铁所致环境振动影响的研究现状
• 1.1.1 振源特性及其减隔振研究
• 1.1.2 地基中振动波传播与衰减特性的研究
• 1.1.3 建筑物受到环境振动影响的研究
• 1.2 地铁所致环境振动的荷载取值方法
• 1.3 地铁所致环境振动的数值计算方法
• 1.4 有关地面及建筑物减隔振措施的研究
• 1.5 本文研究的目的与内容
• 1.5.1 本文研究的目的
• 1.5.2 本文的研究内容
• 1.5.3 文中用词说明
• 参考文献
• 第2章 建筑环境振动的有关理论
• 2.1.引言
• 2.2.环境振动计算的理论与方法
• 2.2.1.概述
• 2.2.2.环境振动分析的基本方程
• 2.2.3.线弹性动力理论的适用条件
• 2.2.4.有限单元法与有限差分法
• 2.2.5.2.5维有限元法
• 2.2.6.人工边界处理的方法
• 2.2.7.地铁所致环境振动的适用分析方法
• 2.3.环境振动的数据处理及评价方法
• 2.3.1.实测及计算中数据处理的有关理论
• 2.3.2.实测地铁振动波的处理方法
• 2.3.3.加速度、速度和位移之间的转换
• 2.3.4.环境振动的评价方法与评价指标
• 2.4.土中振动波传播的一般规律
• 2.4.1.土中的振动波及其波速
• 2.4.2.土中振动波衰减理论
• 2.5.梁板中的振动波
• 2.5.1.梁中的振动波
• 2.5.2.板中的振动波
• 2.6.本章小结
• 参考文献
• 第3章 地铁环境振动的实测分析与振源荷载确定
• 3.1.引言
• 3.2.实测分析与振源振动特性
• 3.2.1.实测振动加速度时程分析
• 3.2.2.扣除汽车影响时地铁垂向振动的实测序列分析
• 3.3.地铁列车作用荷载的有关数据分析
• 3.3.1.计算模型及轮轨接触关系分析
• 3.3.2.地铁振动系统动力计算的基本参数
• 3.3.3.地铁振源作用荷载的实测数据分析
• 3.3.4.钢轨振动加速度计算
• 3.3.5.时程重采样方法
• 3.3.6.轨道不平顺时程计算
• 3.4.钢轨荷载时程计算
• 3.4.1.不考虑轮轨接触关系和轨道不平顺的解析解
• 3.4.2.考虑轮轨接触关系和轨道不平顺的数值解
• 3.4.3.几种模型及解析解与数值解的比较
• 3.5.隧道仰拱作用荷载时程计算
• 3.5.1.隧道仰拱荷载的简单模型计算
• 3.5.2.列车振动荷载作用的复杂模型计算
• 3.5.3.轮载作用的复杂模型计算
• 3.6.本章小结
• 参考文献
• 第4章 建筑环境振动计算方法的二维分析
• 4.1.引言
• 4.2.动力有限元计算方法的选取
• 4.2.1.直接积分法与振型叠加法的选择
• 4.2.2.实例分析
• 4.3.计算模型的规模及单元尺寸
• 4.3.1.动力计算参数的确定
• 4.3.2.阻尼取值及其影响实例分析
• 4.3.3.有限元计算中积分步长的确定
• 4.3.4.模型单元尺寸的确定方法
• 4.3.5.计算模型规模的确定
• 4.4.采用粘性和粘弹性人工边界的比较
• 4.4.1.粘性人工边界情况分析
• 4.4.2.粘弹性人工边界情况分析
• 4.5.本章小结
• 参考文献
• 第5章 土中振动传播的三维计算与衰减规律分析
• 5.1.引言
• 5.2.地铁荷载作用下土中振动的2.5维分析
• 5.2.1.2.5维有限元的程序编制方法
• 5.2.2.采用2.5维有限元的土中振动分析
• 5.3.地铁荷载作用下土中振动的三维分析
• 5.3.1.三维粘弹性及粘性人工边界的计算方法
• 5.3.2.土中振动的三维分析方法
• 5.3.3.三维模型不同尺寸及人工边界的比较
• 5.4.地铁环境振动不同模型方法的比较
• 5.4.1.三维模型与2.5维方法振动计算的比较
• 5.4.2.2.5维方法与二维模型振动计算的比较
• 5.4.3.三维模型与二维模型振动计算的比较
• 5.5.地铁环境振动自由场的衰减规律分析
• 5.5.1.二维模型轮载冲击作用分析
• 5.5.2.不同参数的影响分析
• 5.5.3.地铁环境振动响应的衰减规律
• 5.6.本章小结
• 参考文献
• 第6章 地铁激励下建筑物振动影响分析
• 6.1.引言
• 6.2.建筑环境振动计算的输入分析
• 6.2.1.自由场与相互作用模型的计算比较
• 6.2.2.建筑离开隧道不同距离的比较
• 6.2.3.不同规模建筑及有无地下室的比较
• 6.3.地铁环境振动对建筑物的影响分析
• 6.3.1.环境振动影响评价标准
• 6.3.2.适用分析方法的确定
• 6.3.3.环境振动影响下建筑物反应计算
• 6.3.4.建筑物振动分析中的单元细分标准
• 6.3.5.建筑物垂向振动传播的简单模型分析
• 6.4.大平面建筑物多点激励振动影响分析
• 6.4.1.考虑多点激励的建筑振动计算方法
• 6.4.2.多点激励方法的平面模型验证
• 6.4.3.考虑多点激励的建筑振动实例分析
• 6.5.本章小结
• 参考文献
• 第7章 地铁环境振动影响下建筑隔振方法分析
• 7.1.引言
• 7.2.土层自由场隔振已有研究的讨论
• 7.2.1.连续屏障隔振方法
• 7.2.2.非连续屏障隔振方法
• 7.3.土层自由场连续屏障被动隔振分析
• 7.3.1.隔振墙的吻合效应
• 7.3.2.连续屏障隔振的参数分析
• 7.3.3.隔振墙位置影响分析
• 7.3.4.建筑下方设波阻块隔振分析
• 7.3.5.建筑隔振方案的应用讨论
• 7.4.建筑物局部浮筑结构隔振分析
• 7.4.1.建筑物减隔振常用建筑内部措施方法
• 7.4.2.设有局部浮筑结构的建筑物振动分析
• 7.4.3.浮筑结构的一致激励隔振分析
• 7.4.4.考虑相互作用的浮筑结构隔振分析
• 7.4.5.浮筑结构的一致激励输入时程确定方法
• 7.4.6.建筑振动频率成分沿竖向的变化分析
• 7.5.建筑物基底弹簧整体隔振的实例分析
• 7.5.1.建筑基本情况
• 7.5.2.振动特点及隔振弹簧参数分析
• 7.5.3.振动沿竖向的变化分析
• 7.6.本章小结
• 参考文献
• 第8章 结论与展望
• 8.1.本文主要结论
• 8.2.本文的主要创新点
• 8.3.展望
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果