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基于2.5D有限元法的地铁轨道及周围场地振动响应研究
| 论文题名： | 基于2.5D有限元法的地铁轨道及周围场地振动响应研究 |
| 关键词： | 2.5D有限元;车轨耦合;随机轨道不平顺;虚拟激励法;振动响应 |
| 摘要： | 以地铁为代表的城市轨道交通建设为缓解城市交通拥挤、减少城市环境污染起到了积极的作用。但是，随着地铁网络密度增加，并且大部分线路通过建筑群地底，地铁运行引起的环境振动问题也日益凸显，影响人们正常休息，一些建筑物也由此产生疲劳损坏，目前这些问题正受到研究者的广泛关注。本文将采用数值模拟的方法，研究地铁运行过程中引起的环境振动响应特性及其相关影响因素，为地铁振动问题的预测与评估提供一定参考。具体内容如下： 建立移动荷载作用下土体动力响应的2.5D有限元分析模型。基于2.5D有限元分析理论与方法，引入粘弹性人工边界，考虑土体性质沿荷载移动方向不变的情况，建立了在二维网格上可以反映土体三维响应的有限元模型。通过分析土体在移动简谐荷载和移动点荷载作用下的振动响应，对2.5D有限元模型的正确性进行了验证。结果表明：本研究建立的2.5D有限元模型的计算结果与现有解析法一致，并且能呈现反映荷载移动速度影响的开普勒效应与马赫锥效应，具有良好的适用性与准确性。 研究地铁列车轴重与轨道谐波高低不平顺作用下轨道与周围土体振动响应。以移动多轮轴荷载模型模拟轴重准静力项，研究轮轴移动速度与轴重荷载频率对轨道及周围土体振动响应的影响；考虑谐波不平顺时，以整车与连续双层轨道梁耦合模型模拟轮轨动力项，研究车速、谐波波长与幅值对轨道及周围土体振动响应的影响。结果表明：轮轨动力随着一定范围内车速的增加先增大后减小；列车车速与轨道不平顺程度增大均会加剧周边土体动力响应；土体对高频响应衰减作用明显，同时高频荷载将引起地表最大响应由轨道正上方移向周边一定距离处。 建立考虑随机轨道不平顺地铁列车周围环境振动预测模型。采用虚拟激励法处理轨道不平顺功率谱密度并将其代入车轨耦合模型计算随机轮轨动力，再次使用虚拟激励法处理随机轮轨动力将其施加于2.5D有限元模型，计算周围场地随机振动响应。研究轨道谱等级、列车运行速度、钢轨扣件动力参数与调整层动力参数对轮轨动力与周边环境振动响应的影响。结果表明：周边土体位移响应主要由轴重引起，速度加速度响应主要由随机轮轨动力引起，轨道结构中扣件刚度系数降低或者插入弹性垫层有良好的减振效果，而增加扣件阻尼系数或者插入阻尼垫层减振效果较小。 |
| 作者： | 杨哲哲 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘铁军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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