【博士】地鐵運行所致環(huán)境振動與建筑物隔振方法研究【2007】

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　　學科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學土木工程學院　　學位年度： 2007年　　隨著大城市交通的不斷發(fā)展，環(huán)境振動和噪聲的影響日益顯著，日本己將其列為七大公害之首。地鐵具有快捷、準時和運量大等特點，北京、上海等大城市地鐵的發(fā)展比其它交通設(shè)施發(fā)展快得多。因此，地鐵運行的環(huán)境振動影響將越來越突出?！　”疚慕Y(jié)合上海地鐵一號線和在建的地鐵十號線附近的上海音樂學院實驗劇場、排演中心和教學樓工程的隔振研究展開論文工作。首先歸納整理了環(huán)境振動分析的有關(guān)理論與分析方法，在對地鐵一號線地鐵運行所致環(huán)境振動的地面現(xiàn)場實測分析的基礎(chǔ)上，利用實測數(shù)據(jù)分析了適合地鐵環(huán)境振動分析的隧道仰拱荷載。在此基礎(chǔ)上，采用二維模型分析了地鐵環(huán)境振動有限元方法的各種影響因素，比較了三維與二維模型計算的異同點，得到適合二維模型的計算方法。進一步結(jié)合實例分析了地鐵振動影響下建筑物振動的有限元計算方法及建筑內(nèi)振動傳播的基本規(guī)律。最后，分析了自由場隔振的各種連續(xù)屏障方法的隔振效果和建筑內(nèi)局部浮筑結(jié)構(gòu)隔振及建筑基底整體隔振的方法。主要研究成果有：　　1．總結(jié)了環(huán)境振動分析中用到的有限元方法及2．5維有限元方法的有關(guān)理論，以及計算中的一些需要加以注意的方面；分析了振動數(shù)據(jù)處理和評價中的一些計算方法；整理了土中振動波衰減的一般規(guī)律和理論?！　?．通過對上海地鐵一號線的地鐵環(huán)境振動影響的實測分析，區(qū)分了地鐵列車與汽車所致環(huán)境振動的不同特點。在此基礎(chǔ)上利用已有的鋼軌加速度實測數(shù)據(jù)和不同的車輛模型，考慮輪軌Hertz非線性接觸和軌道不平順影響，得到了鋼軌荷載時程。隨后分別利用簡單彈簧系統(tǒng)模型與復雜縱向模型，分析了適合地鐵環(huán)境振動分析各種模型的隧道仰拱荷載時程和輪載時程?！　?．采用平面模型分析了有限元方法用于環(huán)境振動計算時振型疊加法與直接積分法的適用性，討論了瑞利阻尼系數(shù)取值的合理性，研究了模型規(guī)模、單元尺寸及計算時步的確定方法。比較了幾種人工邊界用于計算的不同影響?！　?．對考慮了三維影響的2．5維有限元方法進行了理論探討并編制了程序，通過三維和2．5維有限元方法考慮列車行進效應的分析，得到了地鐵環(huán)境振動在土層自由場的衰減規(guī)律，也與二維模型環(huán)境振動分析進行了對比，分析了二維模型計算的可行性以及合理的隧道仰拱荷載時程。利用二維模型分析了厚層軟土情況地鐵環(huán)境振動的自由場衰減規(guī)律，得出建筑在不同振動限值標準情況下需要考慮振動影響的范圍?！　?．利用土與結(jié)構(gòu)相互作用模型分析了建筑物建成前后的振動影響及不同建筑布置的影響，研究了建筑振動分析合理的底部輸入時程。結(jié)合上海音樂學院教學樓工程在地鐵環(huán)境振動影響下的振動計算，分析了建筑物中振動傳播的規(guī)律及建筑振動計算方法，討論了按剪切波長與彎曲波長進行結(jié)構(gòu)單元劃分的區(qū)別。比較了建筑振動分析時一致激勵與多點激勵的各種輸入方法的不同影響，分析了適合大平面建筑的基礎(chǔ)大質(zhì)量法多點激勵計算方法及建筑內(nèi)振動衰減規(guī)律。比較了建筑三維模型和二維模型用于振動計算的區(qū)別?！　?．采用二維平面應變模型，分析了土層自由場的混凝土隔振墻、空溝和建筑下部的波阻塊等屏障的隔振效果。結(jié)合上海音樂學院實驗劇場、排演中心和教學樓工程在地鐵環(huán)境振動影響下的隔振工程實例，分析了建筑物的局部浮筑結(jié)構(gòu)隔振中與簧下樓板的相互作用問題以及輸入時程確定問題，進行了實驗劇場觀眾廳建筑的基底彈簧整體隔振方法的計算分析和基底隔振建筑振動特點的討論?！　?

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