多振源激勵(lì)下鐵路樞紐站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)分析與實(shí)測.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)水平的快速提高,近十幾年內(nèi)我國建設(shè)了一大批現(xiàn)代化大型鐵路樞紐車站。為實(shí)現(xiàn)鐵路、地鐵、輕軌以及公交等多種交通方式“零距離或短距離換乘”,多層立體式站房結(jié)構(gòu)體系被廣泛采用,導(dǎo)致人行、列車行駛和設(shè)備運(yùn)行等多種振源激勵(lì)同時(shí)作用在站房結(jié)構(gòu)上,將對結(jié)構(gòu)的正常使用功能產(chǎn)生較大的不利影響。因此,系統(tǒng)研究多振源激勵(lì)下鐵路樞紐站房結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),對今后站房類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和振動(dòng)控制具有十分重要的理論和實(shí)際意義。
　　本文以京滬線鐵路樞紐車站天津西

2、站站房結(jié)構(gòu)為研究對象,對人行和列車行駛隨機(jī)激勵(lì)模型及應(yīng)用、多振源激勵(lì)的組合以及多振源激勵(lì)下結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)分析方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究,主要完成了以下五方面的工作:
　　(1)為準(zhǔn)確描述行人間人行激勵(lì)的差異性和單人激勵(lì)各相似周期的差異性,基于Zivanovic模型提取人行激勵(lì)時(shí)程標(biāo)準(zhǔn)周期曲線,通過非線性最小二乘擬合,并考慮單人激勵(lì)各周期、幅值和沖量的隨機(jī)特性,提出了改進(jìn)的人行隨機(jī)激勵(lì)模型;與已有常用人行激勵(lì)模型比較表明,改進(jìn)模型能更有效地模

3、擬人行激勵(lì)的時(shí)域、頻域特性,與實(shí)測時(shí)程更加吻合;以天津西站站房結(jié)構(gòu)為研究對象,將人體等效為雙自由度質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng),建立人—結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力平衡方程,采用逐步積分法數(shù)值模擬得到人行隨機(jī)激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng),結(jié)果表明采用改進(jìn)的人行隨機(jī)激勵(lì)模型分析得到的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)頻域分布更寬,且激勵(lì)的高頻成分對結(jié)構(gòu)振動(dòng)有一定貢獻(xiàn),與實(shí)測結(jié)果更為吻合;考慮人—結(jié)構(gòu)耦合作用,將減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng),但影響較小。
　　(2)根據(jù)車輛隨機(jī)振動(dòng)理論,考慮完整的軌道不

4、平順功率譜和輪對間軌道輸入相關(guān)性,模擬得到列車各輪對軌道不平順位移時(shí)程,采用MATLAB軟件編寫程序得到二系懸掛十自由度列車系統(tǒng)分析模型的狀態(tài)控制方程,求解得到作用在各輪對的列車行駛隨機(jī)激勵(lì)時(shí)程;通過與已有實(shí)測數(shù)據(jù)和模擬時(shí)程對比,驗(yàn)證了所得激勵(lì)時(shí)程在時(shí)域、頻域的合理性;對列車行駛隨機(jī)激勵(lì)下的天津西站站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)測分析,結(jié)果表明在所提出的列車行駛隨機(jī)激勵(lì)模型作用下,站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域、頻域特性與實(shí)測結(jié)果吻合較好,候

5、車廳層振動(dòng)卓越頻率位于人體對豎向振動(dòng)的最敏感頻率范圍,應(yīng)注意對人體舒適度的影響。
　　(3)分析研究了鐵路樞紐站房結(jié)構(gòu)多振源激勵(lì)的組合問題,以人行和列車行駛隨機(jī)激勵(lì)為例,考慮到站旅客數(shù)量概率分布模型、列車滿載情況以及列車行駛速度的變化,采用概率法和Monte-Carlo模擬方法得到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)車站人行隨機(jī)激勵(lì)幅值和列車行駛隨機(jī)激勵(lì)幅值的概率分布;根據(jù)組合激勵(lì)幅值的概率特點(diǎn),以2參數(shù)極值I型描述人行激勵(lì)和列車行駛激勵(lì)組合幅值隨機(jī)

6、變量的概率分布,確定了具有95％保證率的激勵(lì)組合系數(shù);K-S假設(shè)檢驗(yàn)表明所提出的極值I型概率分布估計(jì)與Monte-Carlo模擬方法得到的經(jīng)驗(yàn)概率分布結(jié)果吻合良好。
　　(4)通過分析人行、列車行駛和設(shè)備運(yùn)行三振源單獨(dú)激勵(lì)下站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的時(shí)域、頻域特性和頻帶交疊情況,提出了一種基于均方根加速度RMS、考慮加權(quán)功率相干疊加的多振源激勵(lì)下站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)分析方法,并對該方法的合理性和適用性進(jìn)行了論證;分別采用直接疊加法和所提出的加

7、權(quán)功率相干疊加方法進(jìn)行三振源共同激勵(lì)下站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)分析,結(jié)果表明考慮加權(quán)功率相干疊加的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)均方根加速度RMS區(qū)間可以很好地包絡(luò)直接疊加得到的振動(dòng)響應(yīng)均方根加速度RMS值;分別采用直接疊加法和考慮頻域交疊的加權(quán)功率相干疊加方法對隨機(jī)激勵(lì)作用下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行時(shí)域、頻域分析,得到了三振源單獨(dú)激勵(lì)下站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)之間的相干疊加效應(yīng)對站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)總響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　(5)通過人行、列車行駛和設(shè)備運(yùn)行激勵(lì)下下天津西站站房