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提速与高速铁路隧道结构动力响应分析及相关技术问题研究
| 论文题名： | 提速与高速铁路隧道结构动力响应分析及相关技术问题研究 |
| 关键词： | 隧道结构;振动测试;小波分析;粘弹性边界;动力稳定性;动力相互作用模型;整体式道床;双叠合弹性地基梁;变分原理 |
| 摘要： | 随着我国各主要铁路干线列车运行速度的不断提高,高速铁路建设即将全面展开,开展列车振动荷载对隧道结构动力稳定性的影响等方面的研究已显得十分必要.本文以京广线朱亭隧道为研究背景,采用美国先进的Nicolet振动测试系统对提速铁路隧道结构的动力响应进行现场测试;利用富立叶变换与小波分析对列车振动加速度以及隧道衬砌结构动力响应信号的时频特性进行研究;基于列车车辆的力学简化模型与小波分析成果,确定提速列车振动荷载的数定表达式.系统论述了地下结构动力响应分析的理论与方法,提出了将小波分析引入地下结构动力响应分析的新思路,推导出了地下结构动力响应分析的小波解析方程;基于半无限长弹性杆波的传播方程,推导出了粘弹性边界方程与边界条件参数,对比分析了粘性边界与粘弹性边界的适用性;针对新建铁路与高速铁路隧道普遍采用整体式道床的工程实际,以弹性支承块式整体道床结构为研究对象,建立了轨道-整体式道床-路基动力相互作用的分析模型,基于第一类变量的Hamilton拟变分原理,推导出了粘弹性地基上双叠合弹性地基梁动力分析的变分方程与有限元解析方程.基于Ansys分析软件,对提速铁路隧道衬砌结构动力响应特性与动力稳定性进行详细的论述,得出了提速列车振动荷载对隧道衬砌结构影响不显著的基本结论;通过对不同工况条件下隧道洞口段动力稳定性的三维有限元分析,得出了隧道洞口段动力响应较之普通段显著加剧;当围岩条件较差时,需对洞口段一定范围内的围岩进行加固处理以提高抗振稳定性的结论.依据国内外高速铁路的研究成果,采用经验法确定高速列车的振动荷载,在此基础之上,对不同工况条件下高速铁路隧道结构的动力响应规律进行系统的分析研究,同时对高速铁路隧道断面的选型以及相关建筑技术提出了具体的建议.最后依据建立的整体式道床结构动力分析模型,对整体式道床结构的动力响应特征以及振动响应的影响因素进行深入的研究,认为弹性支承块与路基的粘弹性参数存在某一临界值,需进行优化设计以提高整体式道床结构的抗振性能.本文的研究成果对我国提速铁路隧道结构的动力稳定性评估以及高速铁路隧道工程的设计与施工具有重要的指导意义. |
| 作者： | 王祥秋 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 杨林德;高文华 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学 |
| 学位年度： | 2004 |
| 正文语种： | 中文 |
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