详情

原文传递地铁-房建合建体系耦合动力学及振动控制技术研究

论文题名：	地铁-房建合建体系耦合动力学及振动控制技术研究
关键词：	地铁-房建合建体系;耦合动力学;振动控制;评价指标;轨道交通
摘要：	随着轨道交通的不断发展，受城市规划、地铁线路规划及建筑用地等多方面因素影响，一些特殊情况下地铁线路只能选择穿越建筑用地，形成了地铁-房建合建体系。地铁-房建合建体系的出现很好的解决了建筑规划用地与地铁线路规划用地之间的矛盾，节省了土地资源，但该体系下地铁线路只能通过在楼内架设高架桥或直接将地铁铺设于建筑结构的楼板之上，因此随之而来的振动问题也势必更加恶劣。对于地铁-房建合建体系而言，列车运行时，地铁与相邻房建结构之间相互作用，相互影响，形成了一个空间耦合的振动体系，为了真实的反映列车通过时系统的动力响应，必须建立一个包含车辆、轨道、下部基础、房建结构及各结构间相互作用的空间耦合动力学模型进行分析。对此，本文提出并建立了车辆-轨道-下部基础-房建结构空间耦合动力学分析方法，细致的考虑了车辆、轨道、下部基础及建筑结构等子模型的力学特点，并通过子模型间的相互作用关系实现了车辆、轨道、下部基础及房建结构的空间耦合振动分析。基于该方法，针对地铁-房建合建体系“线楼分离”及“线楼合一”两种合建型式下的地铁-房建合建体系的空间振动特性进行了系统分析，提出了适用于不同合建型式的结构振动控制方法。最后，针对马泉营车辆段地铁-房建合建体系的减振设计案例，提出了地铁-房建合建体系的综合评价指标集合，对有砟轨道及钢弹簧浮置板轨道两种轨道型式下马泉营车辆段地铁-房建合建体系的系统动力学特性进行了评估。本文的主要研究内容如下: 　　(1)车辆-轨道-下部基础-房建结构空间耦合动力学仿真平台的建立: 　　基于多体动力学、有限元、接触动力学、轮轨动力学、结构动力学等相关理论，研究了车体子模型、轨道子模型、土体子模型及房建结构子模型的建模方法，以轮轨关系及各子模型间的力学关系作为纽带，建立了车辆-轨道-下部基础-房建结构空间耦合动力学仿真分析平台VTFBSIM，并结合相关动态测试结果对仿真平台的可靠性进行了验证。验证结果表明，本文所采建立的动力仿真平台VTFBSIM是准确可靠的。　　(2)地铁-房建合建体系动力特性研究　　针对“线楼分离”及“线楼合一”两种合建体系，研究当地铁通过时振源以及房建结构各楼层振动的时域及频域特性，并研究了车辆运行条件、建筑物高度以及地铁线楼穿越所在楼层对于各楼层振动的影响规律。　　(3)“线楼分离”地铁-房建合建体系综合减振措施研究　　研究了不同轨道结构类型下建筑结构各楼层振动的振动特性，对比分析了不同减振措施下各楼层振动的变化情况，研究了高架站墩台处采用减振支座及非减振支座下各楼层的振动情况，并进一步研究了减振支座力学参数等对于系统动力学特性的影响规律。　　(4)“线楼合一”地铁-房建合建体系动力特性及振动控制研究　　基于隔振原理提出了两种浮置楼板结构:连续支撑浮置楼板结构以及离散支撑浮置楼板结构。视轨道结构减振措施或浮置楼板结构各为一个单重隔振系统，首先研究了采用单重隔振系统下“线楼合一”合建体系的动力学特性，并对比分析了减振轨道与浮置楼板结构的减振效果;在此基础上，进一步研究了双重隔振系统下“线楼合一”体系的动力特性，分别分析了减振轨道及浮置楼板类型对于双重隔振系统减振效果的影响;通过将单重隔振及双重隔振的减振效果进行对比，提出了适用于“线楼合一”合建体系的综合减振措施方案。　　(5)地铁-房建合建体系结构振动分析实例　　从车辆运行安全及平稳性、结构疲劳伤损、房建结构室内环境振动及人体暴露于振动环境中的敏感性四个角度，提出了地铁-房建合建结构的综合评价指标集合，并以马泉营车辆段地铁-房建合建结构减振设计为例，利用建立的车辆-轨道-下部基础-房建结构空间耦合动力学分析模型，分析了有砟轨道及钢弹簧浮置板轨道方案下系统各项指标的对标情况。对标结果表明，有砟轨道方案下，除B2层无法满足夜间振动标准的要求外，其他各项指标均可满足相应标准给出的限值，并保有一定的安全富余量。
作者：	侯博文
专业：	道路与铁道工程
导师：	高亮
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文