移动荷载作用下基于有限元法的环境振动分析

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随着我国经济的不断发展,普通铁路、地铁和轻轨得到了快速发展,但列车运行时产生的振动对环境的影响也越来越大,已到了必须重视的地步。而目前国内对沿线环境振动的评价、预测方法仍以现场实测和经验公式为主,缺乏系统的研究和定量的分析方法,因此不能在建设前有效地指导设计及施工。为了正确评价沿线环境的振动,有必要深入研究列车荷载作用下地基土的动力响应。为此,本文主要研究了以下几个方面: 1、在考虑轨道方向上地基土性质差别不大的前提下,取列车移动方向为相同的截面,并沿这个方向进行波数展开。与各节点取三个自由度相比,尽管是在二维平面上进行离散化,仍然可得到三维问题的解,本文称此为2.5维模型。在这个前提下,推导了2.5维有限元的基本公式,并用FORTRAN语言编制了计算程序。 2、基于有限元程序和列车荷载简化的基础上,模拟了普通铁路和地铁两种轨道交通荷载作用下地基土的响应,得到了振动在地基土中的传播特性。因此,本程序可以对地面铁路和地铁所引起的环境振动进行预测。从而为普通铁路和地铁的可行性研究和工程下一步的施工设计提供依据。 3、对轻轨列车荷载作用下的地基土的振动分析,考虑到轻轨的结构形式一般为高架桥,与普通铁路和地铁不同。其荷载对周围环境的影响是通过高架桥的柱子而产生的,其特征是荷载位置不变,但大小随时间变化。对这一问题的模拟,现有的有限元软件ANSYS已有较为成熟的解。因此在计算轻轨列车荷载作用下地基土的响应时,本文运用了ANSYS软件进行了模拟。并在振动较大的地方采用了WIB(Wave Impending Block)和隔振沟两种减振措施,同时对减振效果进行了分析比较,得到了较为理想的结果。因此,对轻轨的振动分析同样可以服务于轻轨工程的可行性研究、设计、施工以及为政府的决策部门提供依据,同时还可以对给周围环境产生较大影响的已建轨道工程沿线采取减振措施进行指导,并对减振效果进行预测。 最后,在全面总结论文工作的基础上,提出本课题尚待深入研究的若干问题。
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