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原文传递组合周期排桩的带隙特征及减振效应研究

论文题名：	组合周期排桩的带隙特征及减振效应研究
关键词：	轨道交通;减振屏障;组合周期排桩;带隙特征;减振效应
摘要：	随着我国轨道交通的快速发展，环境振动问题日益凸显，由于城市土体资源相对匮乏，轨道交通线路不可避免的靠近建筑物，所造成的环境振动对建筑物的安全、精密仪器的使用以及居民的身心健康都有严重的负面影响。现有的环境减振措施包括振源减振、传播路径减振和受振体减振，采取振源减振和受振体减振需耗费大量人力、物力且难以保证其减振效果，而传播路径减振因施工方便且减振效果优越而被广泛应用。将减振屏障进行周期化设计，便可利用其特有的带隙特征对特定的减振频段进行定向减振。根据上述背景，本文首先通过有限元法计算了组合周期排桩在理想和失谐状态下的带隙特征，并结合频域分析和时域分析研究了其减振性能，基于此提出了多重周期组合排桩并计算了其带隙特征及减振性能；随后通过室内模型试验验证了组合周期排桩在带隙频段内的实测衰减域特性；最终通过车轨垂向耦合及有限元法建立三维数值模型，对组合周期排桩的不同布置形式展开了应用研究和对比分析，主要研究结论如下：　　（1）揭示了组合周期排桩的带隙产生机理，系统分析了不同影响因素下理想组合周期排桩带隙的变化规律和减振性能。散射型周期排桩的带隙产生机理是弹性波的耦合作用，局域共振型周期排桩的带隙产生机理是周期结构中振子的自振消耗。周期常数、填充率、包裹层厚度、密度及弹性模量对周期排桩的带隙和传输损失影响较大，散射型周期排桩和局域共振型周期排桩在带隙范围内的加速度峰值衰减分别为 99.1%和 82.1%，在带隙范围外的加速度峰值衰减分别为 68.0%和51.0%，表明周期排桩在带隙范围外亦有一定的减振性能。　　（2）研究了不同影响因素下失谐组合周期排桩带隙的变化规律和减振性能，基于此提出了多重周期组合排桩并研究了其带隙特征和减振性能。散射型周期排桩首阶带隙的截止频率随半径失谐率的减小而减小，局域共振型周期排桩首阶带隙的起始频率随着半径失谐率和包裹层厚度的减小而增大；当内嵌散射型周期结构和内嵌局域共振型周期结构时，首阶带隙频率范围由 62.9 Hz~159.8 Hz 分别降低至40.6 Hz~159.8 Hz和5.8 Hz~11.4 Hz，带隙范围内加速度峰值衰减分别为98.5%和96.1%，证明了多重周期组合排桩具有较好的带隙调节及减振性能。　　（3）设计搭建了路基振动试验台，开展了组合周期排桩减振性能模型试验。部分频段的振动波会从排桩两侧和桩底绕射至地表造成振动放大，但排桩减振后的整体振动加速度幅值明显低于无排桩的情况。在设计带隙范围内，竖向和横向加速度幅值最大衰减分别为99.7%和99.0%，证实了周期排桩的实测衰减域特性。　　（4）研究了不同布置形式下组合周期排桩的减振性能。对于竖直布置周期排桩，地表振级插入损失随排桩布置深度和排数的增大而增大；改变排桩布置角度，amp;nbsp;竖向和横向振级插入损失最大可提升6.0 dB和5.4 dB；对于水平布置周期排桩，地表振级插入损失随排桩排数和列数的增大而增大，随桩体距振源距离的增大而减小；对于振源引振型周期排桩，地表振级插入损失随排桩布置深度的增大而增大，当排桩布置深度为24 m时，竖向振级和横向振级插入损失最大为27.0 dB和32.5 dB。　　（5）研究了组合周期排桩的衰减域性能，对不同布置形式下组合周期排桩的减振性能进行了对比分析。竖直布置周期排桩和水平布置周期排桩具备典型的衰减域性能，当排桩布置深度为8m时，在周期排桩带隙范围内，地表振源下的竖向和横向振级插入损失是其余频段的3.8倍和4.5倍，地下振源下的竖向和横向振级插入损失是其余频段的4.1倍和3倍；振源引振型周期排桩的近场减振性能更为优越，竖直布置周期排桩的远场减振性能更为优越。
作者：	李金浜
专业：	交通运输
导师：	王海洋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023