【摘要】：大型交通樞紐-高速鐵路站房合建結(jié)構(gòu)體系是近年來提出的一種新型城市綜合交通樞紐體系。多種交通方式的匯集固然有利于旅客吞吐能力的提升,高速過站列車引起的振動(dòng)卻對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)儀器設(shè)備的正常使用、人員工作和休息產(chǎn)生很大影響。優(yōu)先采用振源控制的減振措施通常無法滿足高速過站列車引發(fā)的振動(dòng)控制需求,需要另外采用建筑物基礎(chǔ)隔振措施。彈簧隔振支座是目前最有效的基礎(chǔ)隔振設(shè)施,在建筑物基礎(chǔ)與高鐵站房頂板連接處設(shè)置豎向彈簧隔振支座,形成局部隔振的大型交通樞紐結(jié)構(gòu)體系。局部隔振改變了大型交通樞紐結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性,并帶來地震安全隱患。本文研究局部隔振大型交通樞紐結(jié)構(gòu)在三向地震作用下的振動(dòng)特性、變形特點(diǎn)、損傷機(jī)制以及場(chǎng)地耦合作用,并結(jié)合大型交通樞紐結(jié)構(gòu)的損傷分布特點(diǎn),針對(duì)大型非線性結(jié)構(gòu)的高效動(dòng)力分析方法開展研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,建立局部隔振結(jié)構(gòu)的帶彈性支承的分布梁模型,推導(dǎo)其豎向振型方程,通過分布梁模型的豎向振型和振型曲率分析局部隔振結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性和變形特點(diǎn);建立某大型交通樞紐結(jié)構(gòu)的有限元模型,分析局部隔振結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率、振動(dòng)模態(tài)和有效振型質(zhì)量,研究局部隔振對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響;最后,通過三向地震作用下結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)、結(jié)構(gòu)變形、構(gòu)件延性和滯回性能,研究局部隔振對(duì)大型交通樞紐結(jié)構(gòu)的抗震性能的影響規(guī)律。其次,建立某局部隔振大型交通樞紐結(jié)構(gòu)-場(chǎng)地耦合動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)值模型,采用三維粘彈性人工邊界和等效地震輸入方法模擬場(chǎng)地波動(dòng),并驗(yàn)證其數(shù)值精度;通過場(chǎng)地波動(dòng)傳遞路徑上不同土層位置的加速度反應(yīng)譜,研究場(chǎng)地耦合作用下局部隔振對(duì)場(chǎng)地波動(dòng)傳遞的影響規(guī)律;通過局部隔振結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)、結(jié)構(gòu)變形、損傷分布,研究場(chǎng)地耦合作用下局部隔振對(duì)大型交通樞紐結(jié)構(gòu)的抗震性能的影響規(guī)律。第三,針對(duì)大型交通樞紐結(jié)構(gòu)的事先未知的非線性分布特性,提出自適應(yīng)的動(dòng)力彈塑性分析方法;建立線性子結(jié)構(gòu)的拓?fù)浞椒ê湍B(tài)截?cái)鄿?zhǔn)則,分析子結(jié)構(gòu)界面耦合作用對(duì)模態(tài)截?cái)嗾`差的影響規(guī)律,推導(dǎo)線性子結(jié)構(gòu)在初始彈性階段和塑性發(fā)展階段的模型降階過程;提出彈性殘余狀態(tài)持續(xù)時(shí)間的譜分析方法,研究彈性殘余狀態(tài)持時(shí)占地震動(dòng)強(qiáng)震持時(shí)的比例及其影響規(guī)律,進(jìn)一步推導(dǎo)非線性子結(jié)構(gòu)在彈性殘余狀態(tài)階段的模型降階過程。最后,針對(duì)大型交通樞紐結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)動(dòng)力彈塑性分析方法,進(jìn)行自適應(yīng)子結(jié)構(gòu)建模策略的軟件程序開發(fā),實(shí)現(xiàn)子結(jié)構(gòu)抽象層的有限元建模技術(shù);進(jìn)行自適應(yīng)動(dòng)力彈塑性分析過程的軟件程序開發(fā),實(shí)現(xiàn)模型損傷狀態(tài)觸發(fā)的有限元重分析技術(shù);通過算例結(jié)構(gòu)的增量動(dòng)力分析,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)在不同損傷狀態(tài)的模型降階效果,驗(yàn)證基于不同損傷狀態(tài)的自適應(yīng)動(dòng)力彈塑性分析的數(shù)值精度和計(jì)算效率。
【圖文】：

客吞吐能力的提升，卻也給大型交通樞紐的建設(shè)帶來了諸多問題，首當(dāng)其沖的便是高速鐵路與上部結(jié)構(gòu)的接駁問題。列車運(yùn)行引起的振動(dòng)和噪聲可能對(duì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)儀器設(shè)備的正常使用以及人員休息、工作產(chǎn)生很大影響[1]。由于高速列車的停靠和高速過站需求，導(dǎo)致高鐵站房至少為 2 站 4 線，跨度較大，并且大型交通樞紐具有柱網(wǎng)分布不均勻的特點(diǎn)，因此大型交通樞紐不宜直接跨越高速鐵路站房，高鐵線路區(qū)域的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)將與高鐵站房頂板直接相連，形成大型交通樞紐-高速鐵路站房合建結(jié)構(gòu)體系。(a) 北京新機(jī)場(chǎng)(a) Beijing new airport

低速軌道交通，如對(duì)線路周邊建筑物的振動(dòng)影響[2,3]、地鐵車輛段上蓋建筑振動(dòng)[4]、地鐵與建筑物合建振動(dòng)問題[5]等，在高速列車引起振動(dòng)影響方面的主要針對(duì)高速鐵路高架橋[6]和高速鐵路路基振動(dòng)傳播及影響[7]。目前尚無大通樞紐-高速鐵路站房合建結(jié)構(gòu)的高速列車振動(dòng)影響研究，高速過站列車引振動(dòng)直接通過高速鐵路站房傳播到上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，可能導(dǎo)致更為嚴(yán)重的振響。通�？刂屏熊囘\(yùn)行引起的振動(dòng)問題，可在振源、傳播路徑和受振體這三節(jié)采取減振和隔振措施，振源減振是針對(duì)軌道和列車減振[8-11]，傳播路徑是在路徑中設(shè)置隔振屏障[12-15]，受振體減振包括調(diào)整剛度、增大阻尼及隔措施[16-19]。由于高速列車的過站車速可達(dá)到 250~300km/h，在優(yōu)先采用軌源的減振措施后仍然無法滿足高速過站列車引發(fā)的振動(dòng)控制需求，并且大通樞紐與高速鐵路站房之間振動(dòng)的傳播路徑較短，無法提供足夠的空間實(shí)播路徑上的隔振處理，因此需要采用建筑物基礎(chǔ)隔振措施。彈簧隔振支座前最有效的基礎(chǔ)隔振設(shè)施，可以在振源附近或者振動(dòng)影響要求較高的局部設(shè)置豎向彈簧隔振支座，，形成三維空間局部隔振的大型交通樞紐-高速鐵路合建結(jié)構(gòu)體系。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU352.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2654167