高速列车引起地基—基础—偏心结构平扭耦联振动的计算分析

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近年来高速铁路交通运输事业发展迅猛,列车运行速度不断提升,给人们的出行带来了极大的便利,与此同时高速列车运行引起的周围环境振动问题却越发突显出来,对人们的生活环境造成了一定的影响。尤其随着时代的发展,人们对生活品质的追求愈来愈高,建筑物不再如从前那样只是基本满足人们休息和居住的规则的单一结构体,更多的建筑物需要满足外形上的多样性和结构上的复杂性,这就导致了越来越多的偏心结构的产生,而高速列车引起的振动对于偏心结构而言影响更加严重,不容小觑。当前在高速列车运行引起的偏心结构平扭耦联振动这一领域的研究国内外还是比较少见的,所以在这一领域的研究显得非常必要,意义也相当重大。本文结合国家自然科学基金项目《高速列车引起地基—基础—偏心结构相互作用体系平扭耦联振动研究》(项目批准号:50968007)和江西省青年科学家(井冈之星)培养对象计划项目(项目批准号:2010DQ01800),分别对高速列车引起的地基—基础—单层偏心结构相互作用体系以及地基—基础—两层偏心结构相互作用体系的平扭耦联振动进行了深入的研究。文中的计算分析基于有限元分析软件ANSYS,建立了轨道—地基—基础—偏心结构三维有限元数值分析模型,通过模型模拟分析了平扭比、偏心率、列车车速、偏心楼层位置等参数对偏心结构平扭耦联振动的影响规律。围绕以上问题,文章主要进行了如下的研究工作:(1)研究平扭比对地基—基础—单层偏心结构的影响规律:主要研究了平扭比对单层偏心结构平扭耦联振动的平动位移和加速度的影响规律。得出:X向(水平且垂直轨道方向)、Z向(水平且平行轨道方向)的平动位移和加速度随平扭比的增大而减小,当平扭比数值在1.0左右时,平扭耦联振动最为明显,Y向(竖直方向)的平动位移和加速度随平扭比的改变变化不明显。(2)研究列车车速对地基—基础—单层偏心结构的影响规律:控制结构平扭比为某一固定值,改变列车运行车速,分别为60m/s、70m/s、80m/s,研究其对单层偏心结构平扭耦联振动的平动位移和加速度的影响规律。得出:车速越大,结构平动位移和加速度幅值越大,振动越明显。(3)研究偏心率对地基—基础—两层偏心结构的影响规律:主要研究了偏心率对两层偏心结构平扭耦联振动的平动位移、扭转位移和加速度的影响规律。得出: X向、Z向两个方向的平动位移随偏心率的增大而减小,而Y向的平动位移随偏心率的增大而增大;底层楼板扭转位移和顶层楼板扭转位移随着偏心率的变化规律是大致相同的;X向加速度随偏心率的增大而减小,Y向加速度随偏心率的增大而增大。(4)研究偏心楼层位置对地基—基础—两层偏心结构的影响规律:分别研究了底层偏心率、各层均匀偏心率和顶层偏心率对两层偏心结构平扭耦联振动的影响规律。得出:偏心楼层位置对底层楼板X、Y、Z三个方向的平动位移影响不大,对顶层楼板X、Y两个方向的平动位移影响亦不大,而对顶层楼板Z向的平动位移则有较大的影响;各层均匀偏心率和顶层偏心率对楼板扭转位移的影响规律基本一致。
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