城市道路交通荷载振动测试及模拟

摘要

城市交通诱发道路及周边结构的振动问题，时刻都引起业内研究者的广泛关注。结构振动的幅值虽小，但持续时间长，并且对人体的健康及建筑结构本身的安全问题有一定影响。因此，对交通荷载作用下道路振动的研究具有重要的科学意义及工程应用价值。为真实模拟交通荷载作用下路面振动加速度时程，本文对广州番禺区万博中心附近的市政道路进行交通量调查及路面振动实测。分析车速、车型及车流情况对路面振动的影响，对路面振动加速度信号进行模拟；利用加速度信号作为输入，对地下空间结构进行动力时程分析。本文具体研究内容如下：
　　（1）本文把所有车型分为小汽车、小货车、大货车和公交车四类；并对采集得到的车流量样本数据做简单的离散，以时间序列作为自变量，每二十分钟统计一次特定车型的数量。将得到的车流量统计数据进行进一步的分析，建立高斯混合模型，分析并得到各类车型的均值和方差，利用实测数据计算得到车流量概率分布函数的参数。利用 MATLAB数据处理技术，对车流量进行模拟，通过概率分布函数生成相应的随机数。设定相应的置信区间，综合考虑观测数据的统计区间，去除发生概率较小的极大值与极小值，即可得到符合实际情况的车流量。在车流量模拟中充分考虑了随机过程的分布函数，为混合车流作用下路面振动加速度时程的模拟提供可靠的理论依据。
　　（2）对单一车型和混合车流作用下路面竖向振动加速度时程数据进行采集，结合振动信号的功率谱密度（PSD），从时域和频域上分别对采集的数据进行分析。引入人工模拟地震波时程的方法（三角级数叠加法），利用傅立叶变换，运用MATLAB编制模拟程序并生成与实测数据具有相似功率谱密度和幅值的路面振动加速度时程。结合车流量分布规律，建立混合车流作用下路面振动加速度时程的数学模型，模拟二十分钟内混合车流作用下路面振动加速度时程，并与实测加速度时程数据进行对比分析。
　　（3）利用ANSYS有限元分析软件，利用实测与模拟的加速度时程对简化的地下空间结构做时程分析，通过计算得到浮置板跨中节点的竖向位移时程。结果表明：在实测与模拟加速度时程作用下，浮置板跨中节点的竖向位移相差不大。同时也说明模拟的加速度时程与实测的加速度时程很接近，精度较好，可用于结构的时程分析。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 交通动载现有研究存在的不足

1.4 本文主要研究内容

第二章 交通荷载振动试验数据采集

2.1 引言

2.2 采集设备介绍

2.3 测试断面介绍及设备安装

2.4 试验数据采集

2.5 本章小结

第三章 交通荷载统计分析与模拟

3.1 引言

3.2 车流量的统计参数

3.3 车流量的概率分布

3.4 车流量的数值模拟与修正

3.5 本章小结

第四章 交通荷载振动测试分析与模拟

4.1 引言

4.2 振动信号的基本理论

4.3 单一车型作用下路面振动分析及模拟

4.4 混合车流作用下路面振动分析及模拟

4.5 本章小结

第五章 地下空间结构的动力时程分析

5.1 引言

5.2 地下空间结构有限元模型

5.3 结构分析

5.4 本章小结

结论与展望

1.结论

2.展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢