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2D和2.5D有限/无限元法模拟列车引起土体响应的对比分析
| 论文题名： | 2D和2.5D有限/无限元法模拟列车引起土体响应的对比分析 |
| 关键词： | 高速列车;土体响应;环境振动;无限元方法 |
| 摘要： | 社会的发展和人们对快速移动的渴望使得越来越多高速列车被设计制造并投入运行。近几十年来，列车引起的周围环境的振动对人们的生产和生活的影响受到工程界和学术界的广泛关注。针对列车引起周围环境振动的研究方法中，由于2D方法无法考虑荷载移动速度的影响，而3D方法又耗时费力，Yang和Hung（2001）提出用2.5D有限/无限元方法来研究移动荷载引起周围环境振动。 本文阐述了2D和2.5D有限/无限元方法的基本原理，并编写相关程序与前人的研究结果作对比。在2.5D有限/无限元方法中，进一步分析了傅里叶变换方法在其中的应用。鉴于2D方法在工程实践的初步设计阶段依然有较强的实用性，为了对2D方法的特性有更深的认识，将分别使用2D和2.5D有限/无限元方法计算列车引起的土体-隧道系统的响应进行对比，其中包含车速、轨道粗糙度和悬浮混凝土板等参数分析。 在2.5D方法的傅里叶变换中，要根据实际情况大致选择合适的土体响应空间分布范围，结合车速得到响应时间分布范围，再选择合适的时间周期及相应的频响函数中的频率精度，最后通过逆傅里叶变换得到真实的土体响应。在2D与2.5D有限/无限元方法的对比中发现： （1）2D方法计算得到的土体响应均较2.5D的大； （2）2D方法计算得到的土体响应为2.5D方法中当轨道光滑车速无穷大时的特例； （3）2D方法计算得到的频域响应不考虑轨道粗糙度影响，即不论粗糙度频率如何变化，响应分布在整个频率范围内。而2.5D方法计算得到的土体响应集中在轨道粗糙度频率附近； （4）加入悬浮混凝土板后，两方法计算得到的土体速度和加速度响应在大于临界频率范围被大幅衰减，而在小于临界频率范围，2D方法计算结果幅值更高。 （5）2D模型因系统矩阵较小，可省去大量的计算时间；而2.5D模型因可考虑波在半空间中沿轨道方向的传播使得计算结果更切实际。 本文的创新点有： （1）分析了傅里叶变换法在2.5D有限/无限元方法中的应用，为得到真实的列车引起的土体响应值而非因傅里叶变换周期延拓引起的虚拟值，应选择合适的土体响应空间分布范围及相应的时间分布周期。 （2）对比了2D和2.5D有限/无限元方法计算列车引起的土体-隧道系统中的时域响应，并通过频域响应分析引起两者产生差异的原因。（3）在2D和2.5D两方法的对比中，加入列车速度、轨道粗糙度和悬浮混凝土板等参数分析。 |
| 作者： | 梁徐杰 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨永斌;刘敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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