【摘要】：隨著經(jīng)濟水平的快速提高，近十幾年內(nèi)我國建設了一大批現(xiàn)代化大型鐵路樞紐車站。為實現(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，導致人行、列車行駛和設備運行等多種振源激勵同時作用在站房結(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)研究多振源激勵下鐵路樞紐站房結(jié)構(gòu)的振動響應，對今后站房類結(jié)構(gòu)的設計和振動控制具有十分重要的理論和實際意義。 本文以京滬線鐵路樞紐車站天津西站站房結(jié)構(gòu)為研究對象，對人行和列車行駛隨機激勵模型及應用、多振源激勵的組合以及多振源激勵下結(jié)構(gòu)振動響應分析方法進行了系統(tǒng)研究，主要完成了以下五方面的工作： （1）為準確描述行人間人行激勵的差異性和單人激勵各相似周期的差異性，基于Zivanovic模型提取人行激勵時程標準周期曲線，通過非線性最小二乘擬合，并考慮單人激勵各周期、幅值和沖量的隨機特性，提出了改進的人行隨機激勵模型；與已有常用人行激勵模型比較表明，改進模型能更有效地模擬人行激勵的時域、頻域特性，與實測時程更加吻合；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)耦合動力平衡方程，采用逐步積分法數(shù)值模擬得到人行隨機激勵下的結(jié)構(gòu)振動響應，結(jié)果表明采用改進的人行隨機激勵模型分析得到的結(jié)構(gòu)振動響應頻域分布更寬，且激勵的高頻成分對結(jié)構(gòu)振動有一定貢獻，與實測結(jié)果更為吻合；考慮人—結(jié)構(gòu)耦合作用，將減小結(jié)構(gòu)振動響應，但影響較小。 （2）根據(jù)車輛隨機振動理論，考慮完整的軌道不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激勵時程；通過與已有實測數(shù)據(jù)和模擬時程對比，驗證了所得激勵時程在時域、頻域的合理性；對列車行駛隨機激勵下的天津西站站房結(jié)構(gòu)振動響應進行數(shù)值模擬和實測分析，結(jié)果表明在所提出的列車行駛隨機激勵模型作用下，，站房結(jié)構(gòu)振動響應的時域、頻域特性與實測結(jié)果吻合較好，候車廳層振動卓越頻率位于人體對豎向振動的最敏感頻率范圍，應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)多振源激勵的組合問題，以人行和列車行駛隨機激勵為例，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)設計基準期內(nèi)車站人行隨機激勵幅值和列車行駛隨機激勵幅值的概率分布；根據(jù)組合激勵幅值的概率特點，以2參數(shù)極值I型描述人行激勵和列車行駛激勵組合幅值隨機變量的概率分布，確定了具有95%保證率的激勵組合系數(shù)；K-S假設檢驗表明所提出的極值I型概率分布估計與Monte-Carlo模擬方法得到的經(jīng)驗概率分布結(jié)果吻合良好。 （4）通過分析人行、列車行駛和設備運行三振源單獨激勵下站房結(jié)構(gòu)振動響應的時域、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下站房結(jié)構(gòu)振動響應分析方法，并對該方法的合理性和適用性進行了論證；分別采用直接疊加法和所提出的加權(quán)功率相干疊加方法進行三振源共同激勵下站房結(jié)構(gòu)振動響應分析，結(jié)果表明考慮加權(quán)功率相干疊加的結(jié)構(gòu)振動響應均方根加速度RMS區(qū)間可以很好地包絡直接疊加得到的振動響應均方根加速度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激勵作用下結(jié)構(gòu)的振動響應進行時域、頻域分析，得到了三振源單獨激勵下站房結(jié)構(gòu)振動響應之間的相干疊加效應對站房結(jié)構(gòu)振動總響應的影響規(guī)律。 （5）通過人行、列車行駛和設備運行激勵下下天津西站站房結(jié)構(gòu)振動響應實測，得到站房軌道層及候車廳層測點的振動加速度時程，從頻譜分析和RMS評價兩方面分析研究了人行、列車行駛和設備運行三振源單獨激勵下站房結(jié)構(gòu)振動響應之間的相干疊加效應對多振源激勵下結(jié)構(gòu)振動總響應的影響規(guī)律，并與數(shù)值模擬結(jié)果進行對比驗證，結(jié)果表明加權(quán)功率相干疊加方法能很好地給出多振源激勵下結(jié)構(gòu)振動響應的RMS區(qū)間，且隨著與振源距離的增加，包絡效果更好。
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【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU311.3

【參考文獻】

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本文編號：2337451