轻轨列车通过高架桥梁引起的周围土体振动研究

论文摘要

轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠、运行准时等特点已成为解决城市交通拥挤的有效措施。与此同时,列车运行时所引起的周围地而及临近建筑物的振动对人们的身体健康、生活和工作环境质量、建筑物的安全以及精密仪器的正常使用造成了越来越严重的影响,引起了国内外许多.研究工作者的极大关注。本文系统地分析了轻轨列车通过高架桥引起的周围土体振动的衰减规律。首先在总结和吸取前人研究成果的基础上,简要介绍国内外这一研究课题的发展状况、研究方法、现阶段所取得的结论。并对国内外轻轨交通引起周围土体振动的计算模型、参数选取、评价标准等方面进行比较。在此基础上将模型分为车辆-桥梁模型和桥墩-土体两个子模型进行分析。着重分析了人工边界选取、列车速度、土-结构相互作用对结果的影响。在车辆-桥梁模型,车辆模型采用荷载列模型,建立其动力方程,采用迭代法求解。在桥墩-土体系统动力分析模型中讨论三个重要问题:地基土模型问题、结构土体相互作用问题、人工边界问题。文章最后以武汉轻轨工程中一座10跨30m简支梁为例,采用移动荷载列过桥原理,建立车辆～桥梁动力分析模型并计算移动荷载列下桥墩支座的反力时程。然后建立三种人工边界条件下桥墩～土体的三维动力分析模型,利用大型通用软件ANSYS求解弹性状态下地面的动力响应。着重讨论了土体振动位移、速度、振级的衰减规律,并得出了一些有意义的结论。通过数值计算得出了在一定距离处位移、加速度值,均发生了反弹增大的现象,这与实测结果相同。结果表明地面衰减规律与实测规律一致,所建模型及分析结果可为分析高架轻轨桥梁引起的周围土体振动提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 轨道交通环境振动国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 目前主要研究结论
• 1.3 轨道交通环境振动的研究内容与分析方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.4 环境振动控制与评价标准
• 1.4.1 国内外的相关规范
• 1.4.2 振动的参量及评价指标
• 1.4.3 影响精密仪器使用性能的振动容许标准
• 1.4.4 车辆的评价标准
• 1.4.5 桥梁评价标准
• 1.4.6 我国的相关标准
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 轨道交通引起地面振动理论
• 2.1 环境振动解析方法
• 2.1.1 移动荷载下地基土振动分析
• 2.1.2 列车-轨道-路基振动解析解
• 2.2 环境振动数值方法
• 2.2.1 有限元法
• 2.2.2 边界元法
• 2.2.3 混合法
• 本章小结
• 第三章 列车-桥梁系统动力分析模型
• 3.1 桥梁模型
• 3.1.1 单元刚度矩阵
• 3.1.2 单元质量矩阵
• 3.1.3 结构阻尼矩阵
• 3.2 列车荷载列模型
• 3.2.1 等值等间距的移动荷载列
• 3.2.2 周期地变化的两轴荷载列
• 3.2.3 匀速移动的四轴荷载列
• 3.3 有限元法的车-桥耦合振动模型与求解
• 3.3.1 振动方程
• 3.3.2 积分求解方法
• 本章小结
• 第四章 桥墩-土体系统动力分析模型
• 4.1 地基土模型
• 4.1.1 地基土假设
• 4.1.2 土体动力特性参数
• 4.2 结构-土体体系相互作用
• 4.2.1 问题概述
• 4.2.2 主要研究结论
• 4.2.3 处理办法
• 4.3 人工边界问题
• 4.3.1 透射人工边界
• 4.3.2 粘-弹性人工边界
• 本章小结
• 第5章 工程实例分析
• 5.1 背景工程介绍
• 5.2 有限元分析模型介绍
• 5.2.1 列车-桥梁模型
• 5.2.2 桥墩-土体模型
• 5.2.3 瞬态分析介绍
• 5.3 计算结果分析讨论
• 5.3.1 地面振动衰减规律
• 5.3.2 列车速度的影响
• 5.3.3 相邻桥墩的影响
• 5.3.4 人工边界的影响
• 本章小结
• 结语
• 一、本文主要结论
• 二、有待于进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与的科研项目