列车振动下砖石古塔的疲劳寿命研究

发布时间：2020-07-23 19:28

【摘要】：北京良乡塔是我国第7批重点文物保护单位,该塔毗邻京广线,京广线上的列车产生的振动长期作用将会对古塔产生一定的不利影响。本文在对良乡塔进行现场振动测试的基础上,就良乡塔的动力特性进行了研究;就铁路列车振动对古塔的影响进行了深入分析;就良乡塔的疲劳剩余寿命进行了估算。主要内容如下:1.采用脉动法对良乡塔进行了现场动力测试,采集了地脉动和列车分别作用下该塔一～五层楼面处的水平向速度信号和塔基座地面处的水平和竖向加速度信号,使用matlab软件自编程序计算了自功率谱、互功率谱和相位谱,基于随机振动理论和半功率带宽法进行了古塔的自振频率、振型和阻尼比分析,并从速度最大值和速度有效值的最大值两方面分析了客运列车和货运列车分别作用下古塔的动力响应。2.使用ansys软件建立良乡塔的三维有限元数值模型,从模态和动力响应两方面对模型校核后,一方面计算了客运列车和货运列车分别作用下该塔的动力响应,并根据现有规范对该塔的安全性和完整性进行了评估;一方面计算了客运列车和货运列车分别作用下古塔的应力分布,得到古塔的最危险位置位于塔体一层内廊墙体门洞处,也为后续疲劳寿命的计算提供了依据。3.介绍了疲劳破坏的基本概念、古砌体材料的S-N曲线和疲劳损伤理论,依据古砌体材料的S—N曲线和古塔最危险位置的应力,引入疲劳累积损伤理论,估算出重力和客运列车共同作用下古塔的疲劳剩余寿命为5.26×107次,重力和货运列车共同作用下古塔的疲劳剩余寿命为2.83×107次。4.在理论计算的基础上,使用fe-safe软件对古塔的疲劳寿命整体分布规律进行了分析。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU365;U211.3
【图文】：

并且附近居住的居民对此进行了投诉；洛阳龙门石窟、敦煌壁画和雕塑的损坏加快与交通振动的快速增长有着密切的关系，如图1-1所示，1995年为了减小交通振动对龙门石窟的影响，铁路线向东移动700m[2]。图 1-1 铁路交通振动对龙门石窟的潜在影响Fig.1-1 Potential influence of railway traffic vibration on Longmen Grottoes交通振动也能对精密仪器和精密机床的正常使用产生影响，导致设备读数产生误差，甚至还会引起设备事故等。例如，在建设北京地铁 4 号线的过程中，有专家质疑地铁的振动可能会影响临近的北京大学物理实验室精密仪器的正常使用[3]，地铁四号线与北京大学物理实验室的相对位置如图 1-2 所示。同时，振动也会对古建筑的建筑安全产生影响。随着交通密度的增加，古建筑所处的振动环境正在逐渐恶化

图 1-2 地铁 4 号线与北京大学物理实验室的相对位置-2 Relative position of Subway Line 4 and Physics Laboratory of Peking Un一类特殊的建筑物，它不仅仅是修建时间上的“古”，还包含些建筑本身被赋予的历史文化属性。古建筑由于其历史特殊性

图 1-3 良乡塔与京广线相对位置ig.1-3 Relative position of Liangxiang pagoda and Beijing-Guangzhou Li究现状

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