考慮連接局部細(xì)節(jié)的地鐵上蓋建筑物振動(dòng)性能模擬方法及其應(yīng)用.pdf

1、近年來，地鐵車站和停車場上部空間的開發(fā)利用成為了提高土地利用率和經(jīng)濟(jì)效益的熱點(diǎn)，但由于這類地鐵上蓋建筑物處于長期的振動(dòng)環(huán)境中，這些振動(dòng)時(shí)刻影響著地鐵上蓋建筑物中人類的健康和生活，與空氣污染一樣成為了一種環(huán)境污染。軌道運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)將會(huì)影響上蓋建筑物的正常使用，所以一個(gè)能夠較為準(zhǔn)確的模擬其振動(dòng)性能的有限元模型是這類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不可缺少的前提之一。
　　目前對地鐵上蓋建筑物的有限元模擬均采用與普通建筑物相似的結(jié)構(gòu)有限元模型，這種模型

2、忽略了地鐵上蓋建筑與下部結(jié)構(gòu)之間的連接局部對上蓋建筑動(dòng)力特性的影響，當(dāng)用于上蓋建筑振動(dòng)特性的模擬計(jì)算時(shí)，得到的結(jié)果往往不夠理想。因此本文首先考慮地鐵上蓋建筑物與下部綜合體之間的連接局部細(xì)節(jié)，建立利用彈簧單元模擬關(guān)鍵連接局部約束參數(shù)的參數(shù)模型，探討了關(guān)鍵連接局部處六個(gè)自由度方向的約束參數(shù)對地鐵上蓋建筑振動(dòng)噪聲的影響;其次，根據(jù)相關(guān)工程圖紙，對地鐵上蓋建筑與下部結(jié)構(gòu)之間的連接局部按照其細(xì)節(jié)特征建立包含局部精細(xì)模擬的多重網(wǎng)格模型，并利用實(shí)測信

3、息對兩種不同方法建立的有限元模型進(jìn)行修正;最后在修正后的多重網(wǎng)格有限元模型的基礎(chǔ)上，探討連接局部有效可行的減振措施。具體來說，本文完成的研究工作和主要成果有:針對地鐵上蓋建筑物以結(jié)構(gòu)振動(dòng)性能為主要目標(biāo)的有限元分析的需要，結(jié)合結(jié)構(gòu)的不同連接形式對其振動(dòng)特性影響較大的已有研究，選擇上蓋建筑物與有軌道經(jīng)過的下部綜合體之間的連接局部作為重點(diǎn)研究對象。以實(shí)際工程為背景，建立了利用彈簧單元模擬關(guān)鍵連接局部約束參數(shù)的參數(shù)模型，將工程實(shí)際中下部綜合體與

4、上蓋建筑物之間的剛性樁簡化模擬為理想固支。在驗(yàn)證了模型的有效性的基礎(chǔ)上，分析了誤差的來源，并通過修改彈簧單元?jiǎng)哦认禂?shù)來模擬不同的模型關(guān)鍵連接局部的約束剛度，分析了關(guān)鍵連接局部的六個(gè)自由度方向的約束剛度的上蓋建筑物振動(dòng)噪聲靈敏度，研究結(jié)果表明，關(guān)鍵連接局部垂直地面平動(dòng)自由度方向的約束剛度參數(shù)對上蓋建筑物振動(dòng)噪聲影響最大，而其它自由度方向的約束剛度的影響比較小可忽略。
　　從理論框架上及在有限元軟件實(shí)施兩方面，探討了有限元模型中不同類

5、型單元的連接方式。在參數(shù)模型的基礎(chǔ)上建立了對關(guān)鍵連接局部精細(xì)建模的多重網(wǎng)格有限元模型，利用實(shí)體單元模擬關(guān)鍵連接局部的混凝土材料，梁單元模擬其中的鋼筋，采用滿足交界面位移協(xié)調(diào)的方法將連接局部精細(xì)模擬的部分與模型其余部分連接。驗(yàn)證多重網(wǎng)格模型的有效性后，將該模型與參數(shù)模型的模擬結(jié)果與實(shí)測數(shù)值對比。根據(jù)靈敏度分析的結(jié)果，對不同方法建立的兩個(gè)有限元模型進(jìn)行修正和驗(yàn)證。研究結(jié)果表明:修正后的兩種模型均能獲得較好的模擬結(jié)果;在模型計(jì)算效率相差不大的

6、前提下，多重網(wǎng)格模型的模擬結(jié)果相較參數(shù)模型更為接近實(shí)測值;不同方法建立的地鐵上蓋建筑結(jié)構(gòu)有限元模型在修正后，不僅是選為目標(biāo)函數(shù)的部分更接近實(shí)測值，且模擬結(jié)果中沒有選為目標(biāo)函數(shù)的部分的誤差也有所降低。
　　對比了實(shí)測振動(dòng)噪聲與國家標(biāo)準(zhǔn)限值后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)罔F上蓋建筑物與下部綜合體之間為剛性樁連接的情況中，實(shí)測振動(dòng)噪聲將會(huì)略微超出國家標(biāo)準(zhǔn)中適宜達(dá)到的限值。在調(diào)研了當(dāng)前市售的抗震支座原理后，發(fā)現(xiàn)普通的抗震支座不適用于地鐵上蓋建筑物的減振設(shè)計(jì)，

7、但可以利用三維抗震（振）支座中豎向抗振結(jié)構(gòu)對地鐵上蓋建筑物的連接局部進(jìn)行減振優(yōu)化。在地鐵上蓋建筑物多重網(wǎng)格模型的基礎(chǔ)上考慮利用橡膠材料對結(jié)構(gòu)有限元進(jìn)行連接局部的減振優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用Mooney-Rivlin模型考慮橡膠材料的超彈特性，建立局部抗振性能優(yōu)化模型。關(guān)鍵連接局部抗振性能優(yōu)化模型的振動(dòng)噪聲模擬結(jié)果較優(yōu)化前有了大幅度的下降，表明在關(guān)鍵連接局部利用橡膠塊進(jìn)行減振對于降低上蓋建筑物的振動(dòng)噪聲是合理可行的措施。
　　綜上所述，本文研