高架地铁车库—上盖物业振动舒适度与控制研究

发布时间：2020-05-04 20:38

【摘要】：城市地铁系统中的车辆段具有占地面积大、建筑密度低的特征,这与城市紧张的土地资源之间产生了矛盾,对地铁车辆段进行上盖物业开发可在一定程度上解决这一问题。然而,地铁列车在进出车库时产生的振动和噪声不可避免地会影响周边居民的作息,从而损害地铁车辆段的潜在开发价值。本文针对高架地铁车库-上盖物业综合体这一结构形式,对其振动问题展开了理论分析、现场实测、数值模拟和减振分析等工作,具体内容包括:(1)研究了列车在低速行驶状态下车轨振源系统的振动响应。将轮轨接触力分为准静态荷载、动力荷载和冲击荷载这三类荷载分别进行计算。通过建立列车-轨道耦合模型并提出了一种无迭代的求解流程,分析了准静态荷载与动力荷载引起的振动;通过建立车轮-钢轨接头局部有限元模型,分析了冲击荷载引起的振动。当列车在有缝钢轨和无缝钢轨上运行时,对钢轨振进行了测试,根据测试结果验证了分析模型的可靠性,并在该模型的基础上研究了车速与扣件等参数对振源振动的影响。(2)对车轨系统和上盖物业结构的振动进行了理论分析研究。建立并求解了车轨系统的频域分析模型,通过钢轨振动微分方程的Fourier变换获得了振源荷载的频域表达,避免了时域积分的繁琐计算。基于动力刚度矩阵法,提出了一种分析结构振动的理论模型,该模型把楼盖看做一个单元,并考虑了梁与楼板之间的相互作用。通过对单元的振动微分方程进行Fourier变换,得到结构整体的动力刚度矩阵,进而求得结构的频域响应。根据该理论模型,研究了列车、轨道和车库构件等参数对上盖物业振动的影响,分析结果表明,在列车低速行驶的状态下,通过改变轨道扣件的刚度或阻尼无法达到减振的目的,而增大车库结构中柱截面尺寸可以取得较好的减振效果,并且减振效果要好于增加车库楼板厚度或者增加梁截面尺寸。(3)对高架地铁车库-上盖物业综合体在列车荷载作用下的振动进行了现场测试研究。测得了结构振动加速度的时域和频域响应,分析了结构在不同部位振动的差异性,研究了列车在不同轨道上运行时对结构振动的影响。基于不同规范中的舒适度评价指标,对测点的振动舒适度进行评价,比较了不同指标之间评价结果的异同。除了上述确定性评价,还采用基于概率论和模糊数学的“烦恼率”作为评价指标,对结构振动舒适度进行了统计意义上的评价。分析结果表明,无论采用哪种评价指标,结构中都会有振级超标的测点,因此需要进行减振处理。(4)对高架地铁车库-上盖物业的振动响应进行了数值模拟研究。利用有限元软件ANSYS建立了高架地铁车库-上盖物业结构的整体有限元模型,根据模拟的列车荷载分析了结构振动反应,并通过测试数据对模型进行了验证。根据所建立的模型,分析了列车引起的振动在同一楼层内以及不同楼层之间的分布与衰减规律,研究了填充墙刚度对结构动力特性的影响。研究了车库结构中楼板厚度以及框架柱截面尺寸对结构的振动影响,从而为减振设计提供参考。(5)研究了上盖物业的减振方法。针对采用隔振支座的整体隔振方法,根据理论分析和有限元模拟,分析了隔振支座刚度对上盖物业减振效果的影响。此外,提出了一种隔振楼板结构,通过改变楼板的竖向自振频率来实现楼盖的局部隔振,并分析了隔振楼板的频率特性及其减振效果。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU311.3

【参考文献】