高速列車對建筑結(jié)構(gòu)振動影響的研究2003PPT

高速列車對建筑結(jié)構(gòu)

振動影響的研究汪金輝中鐵大橋勘測設(shè)計院有限公司城建分院匯報提綱1緒論2振動評價標(biāo)準(zhǔn)3車-橋耦合振動分析4車-橋-建筑體系振動分析5結(jié)構(gòu)振動影響計算6結(jié)論展望第一部分緒論緒論內(nèi)容概述1高速鐵路的發(fā)展車-橋耦合振動問題振動對建筑結(jié)構(gòu)的影響站房結(jié)構(gòu)的振動問題車輛橋梁結(jié)構(gòu)動力相互作用緒論——國內(nèi)外高速鐵路發(fā)展概況世界上各個國家和地區(qū)高速鐵路情況對照（09.3.2）國家總里程(km)運營速度（km/h）最高試驗速度（km/h）澳大利亞230275比利時326300,250347中國6003431磁懸?。?50,300,250,200輪軌502磁懸??；394輪軌芬蘭60220255法國1700320,300,280,210574德國1290300,280,250,230輪軌550磁懸浮406輪軌意大利814.5300,260,200368日本2459300,275,260輪軌581磁懸浮443輪軌挪威60210260葡萄牙314220275俄羅斯649.7210260韓國240.4300,240355西班牙1272.3350,300,250404瑞典0200303中國臺灣335.5300,240315土耳其245250303英國0(300)(200)(335)美國0(240)(200)(264)1緒論——國內(nèi)外高速鐵路發(fā)展概況我國客專路網(wǎng)規(guī)劃1緒論——車輛與結(jié)構(gòu)相互作用研究概況各線路上橋梁所占比例1線別京津鄭西武廣石武廣珠成綿峨京滬哈大全長km115.2258.2968.4506142.2323.21317.8903.9橋長km101258.7468.5413.6134.1148.91066.2681.7比例%87.756.548.481.794.3468175.4緒論——車輛與結(jié)構(gòu)相互作用研究概況手段一：現(xiàn)場實驗和模擬實驗1CSU構(gòu)想的車－線－橋振動模擬試驗系統(tǒng)日本鐵道綜合技術(shù)研究所高速列車實驗臺緒論——車輛與結(jié)構(gòu)相互作用研究概況手段二：數(shù)值模擬、動力仿真1LY-DYNA中車橋相互作用的有限元模型日本鐵道綜合技術(shù)研究所的一個算例緒論——車輛引起的振動影響隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對車輛引起的振動影響也越來越關(guān)注。車輛－結(jié)構(gòu)相互作用對周邊建筑結(jié)構(gòu)的振動影響對周邊環(huán)境及人體的影響1緒論——新建四大客運中心：北京、上海、武漢廣州新時期客運站設(shè)計建造新要求1以人為本功能性系統(tǒng)性先進(jìn)性文化性經(jīng)濟(jì)性緒論

四大客運中心——北京南站新時期客運站設(shè)計建造新要求1緒論

四大客運中心——上海虹橋車站新時期客運站設(shè)計建造新要求1緒論

四大客運中心——新武漢站新時期客運站設(shè)計建造新要求1緒論——研究對象：武廣客運專線新廣州站新時期客運站設(shè)計建造新要求1緒論——研究對象：武廣客運專線新廣州站新廣州站概況1南北向（順軌向）剖面圖緒論——研究對象：武廣客運專線新廣州站新廣州站概況1東西向（橫軌向）剖面圖緒論——研究對象研究內(nèi)容車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動力分析振動結(jié)果的評價高速列車對建筑結(jié)構(gòu)的振動影響1第二部分振動評價標(biāo)準(zhǔn)振動評價標(biāo)準(zhǔn)評價標(biāo)準(zhǔn)的選擇思路2振動評價標(biāo)準(zhǔn)評價標(biāo)準(zhǔn)的選擇思路2環(huán)境振動問題評價標(biāo)準(zhǔn)車橋振動問題評價標(biāo)準(zhǔn)考慮人體舒適度考慮建筑物安全振動評價標(biāo)準(zhǔn)——環(huán)境振動問題評價標(biāo)準(zhǔn)基于ISO2631人體舒適的振動控制標(biāo)準(zhǔn)適用地帶范圍晝間夜間特殊住宅區(qū)6565居民、文教區(qū)7067混合區(qū)、商業(yè)中心區(qū)7572工業(yè)集中區(qū)7572交通干線道路兩側(cè)7572鐵路干線兩側(cè)80802《城市區(qū)域環(huán)境振動標(biāo)準(zhǔn)》（Z振級VLZ/dB）振動評價標(biāo)準(zhǔn)——環(huán)境振動問題評價標(biāo)準(zhǔn)基于德國DIN4150規(guī)范建筑物安全的控制標(biāo)準(zhǔn)2頻率Hz振動評價標(biāo)準(zhǔn)——車橋振動問題評價標(biāo)準(zhǔn)2列車運行評價標(biāo)準(zhǔn)安全性：脫軌系數(shù)≤0.8輪重減載率≤0.6舒適性（客車）車體振動加速度舒適性指標(biāo)平穩(wěn)性（貨車）車體振動加速度平穩(wěn)行指標(biāo)橋梁振動響應(yīng)限值豎向振動加速度限值：0.35g=3.5m/s2（有碴軌道）0.50g=5.0m/s2（無碴軌道）橫向振動加速度限值：0.14g=1.4m/s2（半幅）第三部分車橋耦合振動分析車-橋耦合振動分析分析手段利用中南大學(xué)郭向榮教授開發(fā)的軟件GSAP完成對支撐新廣州站的V構(gòu)連續(xù)梁橋設(shè)計方案的動力特性及列車走行性進(jìn)行分析。3車-橋耦合振動分析分析手段利用GSAP4.0軟件完成對支撐新廣州站的V構(gòu)連續(xù)梁橋設(shè)計方案的動力特性及列車走行性進(jìn)行分析。3車-橋耦合振動分析橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型的建立3V構(gòu)連續(xù)梁橋有限元模型立面圖車輛模型的處理在TBI模塊中實現(xiàn)，自動實現(xiàn)對德國ICE3、日本500系、國產(chǎn)動力分散獨立式高速列車的編組模擬（時速160～300KM/h）。車-橋耦合振動分析計算結(jié)論通過計算，支撐站房結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)自身的振動響應(yīng)滿足各種限值要求。3第四部分車輛-橋梁-結(jié)構(gòu)分析方法車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法4車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法

4建立整體系統(tǒng)精確模型的困難對整體模型進(jìn)行動力求解的困難對車輛-橋梁-站房系統(tǒng)的動力學(xué)相互作用進(jìn)行精確分析所面臨的兩個難點：車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法4分析思路車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法在動力學(xué)方程求解中，把站房結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量作用通過靜力凝聚的方式凝聚到軌道梁構(gòu)件的相連節(jié)點上，形成一個新的車輛-等效橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。4車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法4Step1：進(jìn)行車輛－等效橋梁系統(tǒng)動力學(xué)分析，求得梁上激勵時程。車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法軌道梁跨中節(jié)點的激勵時程4單線ICE3列車通過時軌道粱中點豎向激勵時程曲線車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法4Step2：建立橋梁－結(jié)構(gòu)計算模型。用求得激勵時程作時程分析。車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法4Step2：建立軌道梁－結(jié)構(gòu)計算模型。用求得激勵時程作時程分析。車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法軌道梁-站房結(jié)構(gòu)的分析思路對橋梁－結(jié)構(gòu)的時程分析是通過ANSYS通用有限元軟件來實現(xiàn)的。新廣州站的整體模型共約20000個節(jié)點，68000多個單元，計算量龐相當(dāng)大。為能順利求解，需對模型作適當(dāng)?shù)暮喕?車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法新廣州站橋梁-站房結(jié)構(gòu)整體模型4車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法軌道梁-站房結(jié)構(gòu)模型的簡化4車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法軌道梁-站房結(jié)構(gòu)的簡化模型4車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法軌道梁-站房結(jié)構(gòu)的簡化模型（局部）4車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法計算工況的選取——車輛的選取4德國ICE3高速列車（左）國產(chǎn)CRH2動車組列車（右）車輛－橋梁－結(jié)構(gòu)分析方法計算工況的選取——行車線的選取4高速正線（C1、E2線）。站房最外側(cè)行車線（B1線）。站房中線處行車線（D1線）。站房伸縮縫位置處行車線（E1線）。第五部分振動影響分析計算振動響應(yīng)分析整體模型與分模型的振動響應(yīng)比較5振動響應(yīng)（位移、加速度）的最大值振動響應(yīng)在樓板上的分布規(guī)律振動響應(yīng)分析整體模型與分模型的振動響應(yīng)比較候車大廳樓板全范圍內(nèi)最大位移(mm)與加速度(mm/s2)5列車軌道工況UZUYUXazayax高速正線整體模型雙線行車0.0260.00450.005321.632.3844.015高速正線分模型雙線行車0.0260.00370.004421.622.2823.997整體模型計算與用分模型計算得到的樓板全范圍內(nèi)的響應(yīng)最大值基本相同。振動響應(yīng)分析整體模型與分模型的振動響應(yīng)比較候車大廳樓板位移、加速度沿橫軌方向的分布與衰減情況比較5振動響應(yīng)分析整體模型與分模型的振動響應(yīng)比較候車大廳樓板位移、加速度沿1/6軸方向的分布與衰減情況比較5Z向位移和加速度振動響應(yīng)分析整體模型與分模型的振動響應(yīng)比較候車大廳樓板位移、加速度沿1/6軸方向的分布與衰減情況比較5Y向位移和加速度振動響應(yīng)分析整體模型與分模型的振動響應(yīng)比較候車大廳樓板位移、加速度沿1/6軸方向的分布與衰減情況比較5X向位移和加速度振動響應(yīng)分析整體模型與部分模型的振動響應(yīng)比較對樓板進(jìn)行振動分析5部分模型整體模型振動響應(yīng)分析候車大廳樓板全范圍內(nèi)的位移和加速度最大值高速正線C1單線行車樓板全范圍內(nèi)最大位移(mm）與加速度(mm/s2)5車型速度UZUYUXazayaxICE31600.0210.00360.004217.311.4474.0122000.0260.00450.005321.631.8845.0152400.0360.00570.008128.862.6877.422CRH21600.0250.00420.004919.121.7424.6672000.0340.00510.005825.942.2645.7872400.0470.00680.008733.633.1128.679豎向最大加速度為33.63mm/s2，折合0.34%g

，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定的1.5%g的限值振動響應(yīng)分析候車大廳樓板位移和加速度沿橫軌向的分布高速正線單線行車樓板Z向位移沿1/6軸的分布（左ICE3、右CHR2）5樓板開洞對振動的衰減是明顯的；中部平臺有豎向支撐的位置由于剛度局部加強(qiáng)，位移加速度響應(yīng)相對小一些，而跨中位置剛度較小，響應(yīng)相對大一些。振動響應(yīng)分析候車大廳樓板位移和加速度沿橫軌向的分布C1軸單線行車樓板Z向加速度沿1/6軸的分布（左ICE3、右CHR2）5Z向加速度與Z向位移的趨勢基本一致振動響應(yīng)分析候車大廳樓板特征點的位移與加速度典型時程特征點：各工況下樓板加速度響應(yīng)最大值點稱為該工況下樓板的特征點。（藍(lán)色橢圓為高速正線C1單線行車時特征點）5振動響應(yīng)分析候車大廳樓板特征點的位移與加速度典型時程高速正線C1單線行車時樓板特征點位移和加速度典型時程5Z向：最大豎向位移約為0.015mm，量值很小振動響應(yīng)分析候車大廳樓板特征點的位移與加速度典型時程高速正線C1單線行車時樓板特征點位移和加速度典型時程5Y向振動響應(yīng)分析候車大廳樓板特征點的位移與加速度典型時程高速正線C1單線行車時樓板特征點位移和加速度典型時程5X向振動響應(yīng)分析候車大廳樓板結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析樓板結(jié)構(gòu)內(nèi)力選取各工況行車時特定位置單元的軸力和彎矩作為代表，單元位置的選取考慮其代表性，并盡量選擇內(nèi)力較大的構(gòu)件。以高速正線C1為例，選取位置具有代表性的構(gòu)件其構(gòu)件截面最大正應(yīng)力值為0.32MPa。5振動響應(yīng)分析分析結(jié)論5建筑物安全標(biāo)準(zhǔn)——滿足人體舒適度標(biāo)準(zhǔn)——滿足新廣州站建筑結(jié)構(gòu)具有良好的動力特性，當(dāng)高速列車通過時對建筑結(jié)構(gòu)的振動影響遠(yuǎn)不足以引起車站結(jié)構(gòu)的安全問題，并能滿足乘客候車時人體舒適度的要求。第六部分結(jié)論與展望結(jié)論與展望——結(jié)論61提出了用兩個評價體系，對整個系統(tǒng)的不同部分進(jìn)行振動響應(yīng)評價；2對支撐站房結(jié)構(gòu)的橋梁進(jìn)行了單獨動力分析，驗證了橋梁結(jié)構(gòu)自身的可靠性；3將整個系統(tǒng)分成了抽象成兩個子系統(tǒng)進(jìn)行分析，并通過列車激勵將其進(jìn)行聯(lián)系；4經(jīng)過定性分析得出了可行的列車激勵時程求解方案；5在ANSY