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原文传递地铁荷载对基坑水平支护桩的动力响应分析

论文题名：	地铁荷载对基坑水平支护桩的动力响应分析
关键词：	基坑水平支护桩;数值模拟;减振性能;参数化分析;地铁荷载
摘要：	近年来，随着城市交通的日益拥挤，早高峰与晚高峰几乎每天都会发生，为满足市民的出行需求和缓解城市交通压力，许多城市开始大力发展地铁事业。目前我国的地铁交通已经进入了蓬勃发展的阶段，老牌一线城市地铁网几乎遍布整个城区，新兴一线城市也在逐步完善地铁线路，由于地下环境条件复杂，许多地铁线路不得不毗邻甚至穿过既有建筑，因此不可避免的将会产生一个问题：当地铁运营时产生的动力荷载会不会对既有建筑物的安全性造成影响？若这种不良反应一旦发生，对人民的生命和财产安全将会带来不可估计的后果，所以对建筑物在地铁动力荷载下的动力反应进行分析是十分必要的。本文将采用数值模拟的方法，对基坑水平支护桩在地铁荷载下的动力响应进行分析，验证构件的安全性是否足够，并通过控制变量，对单一因素进行对比分析，提出了一系列的减振措施，主要研究工作内容如下：　　1.通过查阅大量文献以及相关的研究成果，了解了振动的分类和危害、地铁荷载作用下的相关力学问题、目前国内外学者对地铁振动荷载的研究现状以及地铁荷载对既有建筑物的影响的研究现状；　　2.从车轮和轨道不平顺两种因素分析了列车振动的产生机理，重点对目前描述轨道不平顺的方法进行了描述。根据列车振动的产生机理，将轮轨系统简化为双自由度车辆模型，并给出了该简化模型的振动方程以及列车振动荷载的数学表达式。最后，采用Simulink仿真软件对该双自由度的振动方程进行了模拟求解，得到了列车车速分别为30km/h、50km/h、70km/h的激振力荷载；　　3.给出了弹性波的波动方程，并根据弹性体波及弹性面波的传播特点，在弹性波波动方程的基础上对两种波进行了简化，得到了各自的特征波动方程。由工程建设、交通运输等主要人为因素产生的振动波源通过土介质传播的能量主要是体波和瑞雷波的组合，通过著名的远距离波场图给出了体波和瑞雷波的传播随距离的衰减规律以及杨先健和我国《动力机器基础设计规范》提出的衰减振幅公式；　　4.以长沙佳兆业广场工程项目为背景，根据提供的工程资料，基于大型显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA，建立了基坑水平支护桩-地铁隧道-土体的整体耦合有限元模型，对相关的模型材料和单元类型进行了分析选择，得到了整体结构在地铁荷载作用下的动力响应结果。重点分析了道床及隧道衬砌结构、土体以及基坑水平支护桩的等效应力，并对支护桩的强度和支撑点处土体的位移进行了详细验证。对振幅衰减公式进行了一定的调整，计算得到了四个不同位置处的振幅值，并将该计算值与数值模拟得到的振幅值进行了对比，验证了建模过程的准确性；　　5.根据振源处的减振、传播路径的减振以及建筑物处的减振原理，从钢轨下垫片刚度、钢轨下垫片阻尼、轨道板下垫层刚度、轨道板下垫层阻尼、隔振沟深度、隔振沟宽度、隔振沟填充材料、水平支护桩材料以及截面形式九个因素出发，建立了地铁荷载作用下不同设计参数条件的隧道-土体-基坑水平支护桩数值分析模型，选用第五排三个位置处支护桩的等效应力时程曲线作为对比，定性的分析了各个不同设计参数对减振隔振效果的影响。研究的内容和成果可为类似该工程的减振提供参考。
作者：	张展
专业：	结构工程
导师：	陈锐林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湘潭大学
学位年度：	2020