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原文传递列车引起的自由场地及建筑物振动的理论分析和试验研究

论文题名：	列车引起的自由场地及建筑物振动的理论分析和试验研究
关键词：	轨道交通;列车;环境振动;自由场地;建筑物;分层地基
摘要：	随着城市的发展和人口的增多，交通问题日益突出，轨道交通以其运量大、速度快、安全可靠、运行准时等特点已成为解决城市交通拥挤的有效措施。与此同时，列车运行时所引起的周围地面及临近建筑物的振动对人们的身体健康、生活和工作环境质量、建筑物的安全以及精密仪器的正常使用造成了越来越严重的影响，引起了国内外许多研究工作者的极大关注。本文对列车引起的自由场地及建筑物的振动进行了理论分析和试验研究，较系统地分析了列车振源荷载作用下自由场地及建筑物振动的特性及影响因素。主要研究内容包括： (1)结合城市发展所带来的交通情况变化及其引发的振动问题，阐述了研究轨道交通引起地面及建筑物振动的必要性，概括了该问题的主要研究内容及研究方法，对国内外在这一领域的研究进行了较为全面的综述。 (2)分别从环境场地振动、人体振动、建筑物振动、精密仪器使用性能以及车辆平稳性等几方面对国内外的环境振动控制标准进行了详细的综述，对标准中的各种规定和限值进行了分析、比较和总结，对轨道交通引起的环境振动问题研究具有十分重要的作用。 (3)根据弹性动力学的基本方程，利用Fourier积分变换、Hankel积分变换和Haskell-Thomson传递矩阵法，在柱面坐标系下推导出了单位脉冲荷载作用于地基土表面时，弹性半空间、分层刚性基础和分层弹性半空间三种地基土模型表面竖向位移的Green函数，并通过算例对Green函数的特性进行了分析和研究。 (4)提出了Clenshaw-Curtis改进算法，并将其成功地应用到地基土Green函数从波数域到空间域的变换中，分别得到了空间域内柱面坐标系下和直角坐标系下的地基土Green函数。 (5)根据Betti-Rayleigh动力互易定理及Green函数的互易性推导了移动荷载作用下地基土的振动位移，并通过算例分析了移动常力荷载和简谐荷载作用下弹性半空间和分层弹性半空间地基土模型的振动特性。 (6)应用车辆动力学、轨道动力学及地基土的Green函数建立了比较完备的列车—轨道—地基土相互作用理论分析模型。该模型不仅考虑了车辆自身的振动，而且考虑了轴重荷载组成的准静态激励力和轨道不平顺引起的轮轨动态激励力，其中轨道不平顺分别以单一波长的简谐波和功率谱密度函数进行模拟。列车模型、轨道模型和地基土模型之间分别通过列车轮对—钢轨和轨枕—地基土之间的动力相互作用关系进行耦合。最终推导出了准静态激励和轮轨动荷载激励引起的钢轨位移和地基土表面位移，并给出了实际轨道不平顺激励下地基土表面的位移、速度和加速度谱密度函数。 (7)基于本文的分析理论以及多年的科研积累，采用Matlab7.1编制了计算程序，结合算例对列车引起的自由场地振动特性进行了计算和分析。通过引入分层地基土模型的频散曲线和截止频率，研究了列车速度和地基土特性对自由场地振动的影响以及准静态激励力在自由场地振动中的贡献。最后分析了传播距离对自由场地振动的影响。 (8)针对运行列车引起的建筑物振动进行了现场试验研究和数值模拟分析。从多个角度对试验数据进行分析，初步总结了列车荷载作用下低层和高层建筑物的振动特性，并用数值分析方法从列车轴重、车速、场地土条件和建筑物质量和刚度特性四个方面探讨了影响建筑物振动的若干因素，得出了一些有益的结论。本文的理论分析和试验研究对轨道交通环境振动的预测评估和减隔振措施研究具有重要的理论意义和参考价值。
作者：	曹艳梅
专业：	结构工程
导师：	夏禾
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文