【摘要】：城市地鐵系統(tǒng)中的車輛段具有占地面積大、建筑密度低的特征,這與城市緊張的土地資源之間產(chǎn)生了矛盾,對地鐵車輛段進行上蓋物業(yè)開發(fā)可在一定程度上解決這一問題。然而,地鐵列車在進出車庫時產(chǎn)生的振動和噪聲不可避免地會影響周邊居民的作息,從而損害地鐵車輛段的潛在開發(fā)價值。本文針對高架地鐵車庫-上蓋物業(yè)綜合體這一結(jié)構(gòu)形式,對其振動問題展開了理論分析、現(xiàn)場實測、數(shù)值模擬和減振分析等工作,具體內(nèi)容包括:(1)研究了列車在低速行駛狀態(tài)下車軌振源系統(tǒng)的振動響應(yīng)。將輪軌接觸力分為準(zhǔn)靜態(tài)荷載、動力荷載和沖擊荷載這三類荷載分別進行計算。通過建立列車-軌道耦合模型并提出了一種無迭代的求解流程,分析了準(zhǔn)靜態(tài)荷載與動力荷載引起的振動;通過建立車輪-鋼軌接頭局部有限元模型,分析了沖擊荷載引起的振動。當(dāng)列車在有縫鋼軌和無縫鋼軌上運行時,對鋼軌振進行了測試,根據(jù)測試結(jié)果驗證了分析模型的可靠性,并在該模型的基礎(chǔ)上研究了車速與扣件等參數(shù)對振源振動的影響。(2)對車軌系統(tǒng)和上蓋物業(yè)結(jié)構(gòu)的振動進行了理論分析研究。建立并求解了車軌系統(tǒng)的頻域分析模型,通過鋼軌振動微分方程的Fourier變換獲得了振源荷載的頻域表達,避免了時域積分的繁瑣計算。基于動力剛度矩陣法,提出了一種分析結(jié)構(gòu)振動的理論模型,該模型把樓蓋看做一個單元,并考慮了梁與樓板之間的相互作用。通過對單元的振動微分方程進行Fourier變換,得到結(jié)構(gòu)整體的動力剛度矩陣,進而求得結(jié)構(gòu)的頻域響應(yīng)。根據(jù)該理論模型,研究了列車、軌道和車庫構(gòu)件等參數(shù)對上蓋物業(yè)振動的影響,分析結(jié)果表明,在列車低速行駛的狀態(tài)下,通過改變軌道扣件的剛度或阻尼無法達到減振的目的,而增大車庫結(jié)構(gòu)中柱截面尺寸可以取得較好的減振效果,并且減振效果要好于增加車庫樓板厚度或者增加梁截面尺寸。(3)對高架地鐵車庫-上蓋物業(yè)綜合體在列車荷載作用下的振動進行了現(xiàn)場測試研究。測得了結(jié)構(gòu)振動加速度的時域和頻域響應(yīng),分析了結(jié)構(gòu)在不同部位振動的差異性,研究了列車在不同軌道上運行時對結(jié)構(gòu)振動的影響。基于不同規(guī)范中的舒適度評價指標(biāo),對測點的振動舒適度進行評價,比較了不同指標(biāo)之間評價結(jié)果的異同。除了上述確定性評價,還采用基于概率論和模糊數(shù)學(xué)的“煩惱率”作為評價指標(biāo),對結(jié)構(gòu)振動舒適度進行了統(tǒng)計意義上的評價。分析結(jié)果表明,無論采用哪種評價指標(biāo),結(jié)構(gòu)中都會有振級超標(biāo)的測點,因此需要進行減振處理。(4)對高架地鐵車庫-上蓋物業(yè)的振動響應(yīng)進行了數(shù)值模擬研究。利用有限元軟件ANSYS建立了高架地鐵車庫-上蓋物業(yè)結(jié)構(gòu)的整體有限元模型,根據(jù)模擬的列車荷載分析了結(jié)構(gòu)振動反應(yīng),并通過測試數(shù)據(jù)對模型進行了驗證。根據(jù)所建立的模型,分析了列車引起的振動在同一樓層內(nèi)以及不同樓層之間的分布與衰減規(guī)律,研究了填充墻剛度對結(jié)構(gòu)動力特性的影響。研究了車庫結(jié)構(gòu)中樓板厚度以及框架柱截面尺寸對結(jié)構(gòu)的振動影響,從而為減振設(shè)計提供參考。(5)研究了上蓋物業(yè)的減振方法。針對采用隔振支座的整體隔振方法,根據(jù)理論分析和有限元模擬,分析了隔振支座剛度對上蓋物業(yè)減振效果的影響。此外,提出了一種隔振樓板結(jié)構(gòu),通過改變樓板的豎向自振頻率來實現(xiàn)樓蓋的局部隔振,并分析了隔振樓板的頻率特性及其減振效果。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU311.3

【參考文獻】

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