地铁运行诱发振动的现场实测及建筑物数值模拟分析

摘要

为了缓解城市道路交通拥堵的压力，城市地铁交通建设不但在一线城市得到迅猛发展，在一些二线城市也在快速崛起。然而地铁列车振动带来的一些负面问题如环境和噪声污染已经引起人们的广泛关注。在以往的研究中，鲜有将实测、模拟、理论分析结合的全方面的系统研究，得到的结果具有一定局限性。本文以广佛地铁某区间段的自由场和建筑物为研究对象，采用实测数据与有限元模型相结合的方式对地铁振动的影响因素进行研究，分析地铁运行对建筑物的影响。主要工作如下:
　　1.对地铁沿线附近自由场进行现场实测，在时域内对实测数据分析，得到地铁运行引起的竖向振动的传播规律，同时证实了在以往文献中提出地表竖直方向的振动存在加速度放大区的结论;在频域内分析，得到地铁运行振动波的频率组成及在各频率段的分布情况，为地铁沿线隔振减振措施提供了数据支持。
　　2.对广佛地铁线附近的某栋建筑结构进行现场实测，分别的得到各层楼板竖直方向和水平方向的振动加速度时程曲线，分析发现:对于竖向振动，随着楼层数的增加，振动强度有不同程度的增加，至第二层往上呈现单调递增规律;而对于水平方向没有类似的变化规律。
　　3.基于试验实测数据，提出一种简便的计算结构响应的方法。即建立上部结构的刚性地基有限元模型，将实测地面振动加速度作为激励输入，计算建筑物楼板的振动响应情况。最后对比模拟所得到的结果与实测楼板的振动响应是一致的。
　　4.利用有限元分析软件MIDAS/GEN建立结构模型，分析建筑自身结构特性的改变对地铁列车运行引起的结构竖向振动的影响。所得结论可为地面建筑减振隔振设计提供参考依据。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 地铁列车振动特点及产生的机理

1．2．2 列车振动荷载的模拟

1．2．3 减振隔振措施研究现状

1．2．4 地铁振动的现场实测及动力响应研究

1．3 本文主要工作

第二章 建筑环境振动有关的理论及有限元分析理论

2．1 振动的影响因素与评价标准

2．1．1 振动的影响因素

2．1．2 振动的评价标准

2．1．3 振动对建筑的影响

2．2 实验数据处理的相关理论

2．2．1 实测数据处理的有关理论

2．2．2 实测地铁振动的频谱分析

2．2．3 引入快速傅里叶变换的目的

2．3 振动波在土中的传播

2．3．1 土体中的振动波

2．4 有限元分析理论

2．5 本章小结

第三章 地铁列车运行引起周围环境振动的试验研究

3．1 引言

3．2 测试现场概况

3．3 地铁线路某一区间地面进行现场试验

3．3．1 测试物理量与测试仪器的选用

3．3．2 测点的布置

3．4 测试结果与分析

3．4．1 测试数据预处理

3．4．2 自由场地加速度时程曲线

3．4．3 实测自由场地加速度频谱分析

3．4．4 沿线地面振级分析

3．4．5 地铁运行诱发地面振动的加速度传播规律分析

3．5 地铁沿线教学楼内环境振动测试研究

3．5．1 实测建筑物概况及仪器的选用

3．5．2 测点布置

3．6 测试结果与分析

3．6．1 楼板加速度时程曲线

3．6．2 楼板Z向加速度频谱分析

3．7 本章小结

第四章 基于实测数据的地铁列车引起结构竖向振动的有限元分析

4．1 引言

4．2 建立三维动力分析结构模型

4．2．1 结构分析软件简介

4．2．2 动力问题的基本运动方程

4．2．3 计算模型简介

4．2．4 模型的建立

4．2．5 荷载的输入

4．3 模型模态分析

4．4 计算结果分析

4．4．1 加速度时程曲线

4．4．2 楼层不同单元节点的加速度振级

4．5 结构参数的变化对竖向振动的影响分析

4．5．1 梁截面的影响

4．5．2 楼板厚度的影响

4．5．3 不同混凝土强度的影响

4．5．4 不同层数结构的振动特性

4．6 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