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原文传递轨道交通高架箱梁振动特性模型试验研究

论文题名：	轨道交通高架箱梁振动特性模型试验研究
关键词：	高架线路;简支箱梁;振动特性;轨道交通
摘要：	在轨道交通建设当中，高架线路由于占地面积少及工后沉降小等优点广泛运用于各大交通主线中。但也因此带来相应的问题，相比于普通线路高架线路对沿线产生的噪声有着明显的增加，相关研究表明，其增加量最高可达20dBA。从而给沿线居民的生活带来严重的影响，以致受到大量居民投诉。若任其发展，日后必会对铁路的发展形成制约，因此，深入研究高架线路产生噪声的机理并制定相应对策降低噪声大小是非常有必要的。高架线路噪声来源主要有轮轨噪声、空气动力噪声及桥梁结构振动噪声，本文以桥梁结构振动噪声为切入点，采用模型试验方法对高架箱梁振动特性进行研究。模型试验以京沪高铁32m高架简支箱梁为原型，制作10:1缩尺模型为试验对象。论文的主要研究内容及所得结论如下：　　（1）利用量纲分析法确定本模型实验的相似关系，并根据推导所得的相似关系确定试验最终采用灌浆料制作缩尺模型。确定制作材料之后，开始进行缩尺模型制作，这一过程包过确定缩尺模型截面尺寸、进行截面配筋设计、缩尺模型模板制作及模型浇筑一系列的工作，并制作缩尺桥墩用于支撑缩尺模型，以及设置相应的支座连接桥墩与梁体，最后完成整个高架箱梁缩尺模型的成型。从整个缩尺模型的制作过程说明灌浆料作为桥梁缩尺模型的制作材料是合适的。　　（2）利用有限元软件建立高架箱梁原型有限元模型，分别进行模态分析及谐响应分析。从模态分析结果发现高架箱梁无论是在有约束或是无约束状态得到的前30阶模态频率值都在70Hz以内，说明高架箱梁的振动以低频为主。谐响应分析结果表明，振动在高架箱梁中由顶板传递至箱梁其他部位时，振动衰减情况不仅与所传递至的部位有关，同时也随对应频率变化而变化；从纵向传递结果来看，振动由跨中传递至端部时，端部振动会有所增加。同时，为验证高架箱梁原型与缩尺模型在有限元计算环境中两者的振动特性是否符合相似关系，建立高架箱梁缩尺模型有限元模型进行模态及谐响应分析。对比两者结果表明两者振动特性基本符合相似关系，尤其是模态对比发现分析所提取的30阶模态频率值误差基本都在0.1%以内，说明有限元计算环境中原型与模型在振动特性方面具有较高的相似性。　　（3）测试高架箱梁缩尺模型自由边界条件下的自由模态，实验通过预实验分析确定布点位置，采用激振器法进行识别，共识别出6阶模态分别对应有限元自由模态的第1、2、3、5、7、8阶模态。有限元结果与测试结果进行相关性分析表明，前两节模态的MAC值在90%以上，第5阶模态的MAC值较低在58%左右，说明本试验模型的正确性以及与原型之间的在模态方面具有一定的相似性。约束模态测试结果与有限元结果对应的模态偏差较大，说明有限元中采用梁单元模拟高架箱梁支座具有一定的局限性。　　（4）测试高架箱梁缩尺模型在橡胶垫块支撑下的加速度导纳表明，振动由顶板传递至箱梁其他部位的振动衰减量与对应的频率大小有关，但表现出的变化趋势与有限元分析结果不一致，进一步说明有限元中对支座的模拟还有待优化。对箱梁缩尺模型在不同刚度支撑下的加速度导纳测试结果显示，在300Hz以内刚度值的变化对振动影响较小，300Hz以上频率段结果显示，橡胶垫块的刚度值对箱梁缩尺模型振动的影响会随着频率的变化而变化且与支撑垫块面积大小有关。
作者：	曾少辉
专业：	建筑与土木工程
导师：	雷晓燕
授予学位：	硕士
授予学位单位：	华东交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文