高速列车对建筑结构振动影响的研究2003PPT

高速列车对建筑结构

振动影响的研究汪金辉中铁大桥勘测设计院有限公司城建分院汇报提纲1绪论2振动评价标准3车-桥耦合振动分析4车-桥-建筑体系振动分析5结构振动影响计算6结论展望第一部分绪论绪论内容概述1高速铁路的发展车-桥耦合振动问题振动对建筑结构的影响站房结构的振动问题车辆桥梁结构动力相互作用绪论——国内外高速铁路发展概况世界上各个国家和地区高速铁路情况对照（09.3.2）国家总里程(km)运营速度（km/h）最高试验速度（km/h）澳大利亚230275比利时326300,250347中国6003431磁悬浮；350,300,250,200轮轨502磁悬浮；394轮轨芬兰60220255法国1700320,300,280,210574德国1290300,280,250,230轮轨550磁悬浮406轮轨意大利814.5300,260,200368日本2459300,275,260轮轨581磁悬浮443轮轨挪威60210260葡萄牙314220275俄罗斯649.7210260韩国240.4300,240355西班牙1272.3350,300,250404瑞典0200303中国台湾335.5300,240315土耳其245250303英国0(300)(200)(335)美国0(240)(200)(264)1绪论——国内外高速铁路发展概况我国客专路网规划1绪论——车辆与结构相互作用研究概况各线路上桥梁所占比例1线别京津郑西武广石武广珠成绵峨京沪哈大全长km115.2258.2968.4506142.2323.21317.8903.9桥长km101258.7468.5413.6134.1148.91066.2681.7比例%87.756.548.481.794.3468175.4绪论——车辆与结构相互作用研究概况手段一：现场实验和模拟实验1CSU构想的车－线－桥振动模拟试验系统日本铁道综合技术研究所高速列车实验台绪论——车辆与结构相互作用研究概况手段二：数值模拟、动力仿真1LY-DYNA中车桥相互作用的有限元模型日本铁道综合技术研究所的一个算例绪论——车辆引起的振动影响随着经济的发展，人们对车辆引起的振动影响也越来越关注。车辆－结构相互作用对周边建筑结构的振动影响对周边环境及人体的影响1绪论——新建四大客运中心：北京、上海、武汉广州新时期客运站设计建造新要求1以人为本功能性系统性先进性文化性经济性绪论

四大客运中心——北京南站新时期客运站设计建造新要求1绪论

四大客运中心——上海虹桥车站新时期客运站设计建造新要求1绪论

四大客运中心——新武汉站新时期客运站设计建造新要求1绪论——研究对象：武广客运专线新广州站新时期客运站设计建造新要求1绪论——研究对象：武广客运专线新广州站新广州站概况1南北向（顺轨向）剖面图绪论——研究对象：武广客运专线新广州站新广州站概况1东西向（横轨向）剖面图绪论——研究对象研究内容车辆－桥梁－结构系统动力分析振动结果的评价高速列车对建筑结构的振动影响1第二部分振动评价标准振动评价标准评价标准的选择思路2振动评价标准评价标准的选择思路2环境振动问题评价标准车桥振动问题评价标准考虑人体舒适度考虑建筑物安全振动评价标准——环境振动问题评价标准基于ISO2631人体舒适的振动控制标准适用地带范围昼间夜间特殊住宅区6565居民、文教区7067混合区、商业中心区7572工业集中区7572交通干线道路两侧7572铁路干线两侧80802《城市区域环境振动标准》（Z振级VLZ/dB）振动评价标准——环境振动问题评价标准基于德国DIN4150规范建筑物安全的控制标准2频率Hz振动评价标准——车桥振动问题评价标准2列车运行评价标准安全性：脱轨系数≤0.8轮重减载率≤0.6舒适性（客车）车体振动加速度舒适性指标平稳性（货车）车体振动加速度平稳行指标桥梁振动响应限值竖向振动加速度限值：0.35g=3.5m/s2（有碴轨道）0.50g=5.0m/s2（无碴轨道）横向振动加速度限值：0.14g=1.4m/s2（半幅）第三部分车桥耦合振动分析车-桥耦合振动分析分析手段利用中南大学郭向荣教授开发的软件GSAP完成对支撑新广州站的V构连续梁桥设计方案的动力特性及列车走行性进行分析。3车-桥耦合振动分析分析手段利用GSAP4.0软件完成对支撑新广州站的V构连续梁桥设计方案的动力特性及列车走行性进行分析。3车-桥耦合振动分析桥梁结构有限元模型的建立3V构连续梁桥有限元模型立面图车辆模型的处理在TBI模块中实现，自动实现对德国ICE3、日本500系、国产动力分散独立式高速列车的编组模拟（时速160～300KM/h）。车-桥耦合振动分析计算结论通过计算，支撑站房结构的连续梁桥结构自身的振动响应满足各种限值要求。3第四部分车辆-桥梁-结构分析方法车辆－桥梁－结构分析方法4车辆－桥梁－结构分析方法

4建立整体系统精确模型的困难对整体模型进行动力求解的困难对车辆-桥梁-站房系统的动力学相互作用进行精确分析所面临的两个难点：车辆－桥梁－结构分析方法4分析思路车辆－桥梁－结构分析方法在动力学方程求解中，把站房结构的刚度、质量作用通过静力凝聚的方式凝聚到轨道梁构件的相连节点上，形成一个新的车辆-等效桥梁结构系统。4车辆－桥梁－结构分析方法4Step1：进行车辆－等效桥梁系统动力学分析，求得梁上激励时程。车辆－桥梁－结构分析方法轨道梁跨中节点的激励时程4单线ICE3列车通过时轨道粱中点竖向激励时程曲线车辆－桥梁－结构分析方法4Step2：建立桥梁－结构计算模型。用求得激励时程作时程分析。车辆－桥梁－结构分析方法4Step2：建立轨道梁－结构计算模型。用求得激励时程作时程分析。车辆－桥梁－结构分析方法轨道梁-站房结构的分析思路对桥梁－结构的时程分析是通过ANSYS通用有限元软件来实现的。新广州站的整体模型共约20000个节点，68000多个单元，计算量庞相当大。为能顺利求解，需对模型作适当的简化。4车辆－桥梁－结构分析方法新广州站桥梁-站房结构整体模型4车辆－桥梁－结构分析方法轨道梁-站房结构模型的简化4车辆－桥梁－结构分析方法轨道梁-站房结构的简化模型4车辆－桥梁－结构分析方法轨道梁-站房结构的简化模型（局部）4车辆－桥梁－结构分析方法计算工况的选取——车辆的选取4德国ICE3高速列车（左）国产CRH2动车组列车（右）车辆－桥梁－结构分析方法计算工况的选取——行车线的选取4高速正线（C1、E2线）。站房最外侧行车线（B1线）。站房中线处行车线（D1线）。站房伸缩缝位置处行车线（E1线）。第五部分振动影响分析计算振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较5振动响应（位移、加速度）的最大值振动响应在楼板上的分布规律振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较候车大厅楼板全范围内最大位移(mm)与加速度(mm/s2)5列车轨道工况UZUYUXazayax高速正线整体模型双线行车0.0260.00450.005321.632.3844.015高速正线分模型双线行车0.0260.00370.004421.622.2823.997整体模型计算与用分模型计算得到的楼板全范围内的响应最大值基本相同。振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较候车大厅楼板位移、加速度沿横轨方向的分布与衰减情况比较5振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较候车大厅楼板位移、加速度沿1/6轴方向的分布与衰减情况比较5Z向位移和加速度振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较候车大厅楼板位移、加速度沿1/6轴方向的分布与衰减情况比较5Y向位移和加速度振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较候车大厅楼板位移、加速度沿1/6轴方向的分布与衰减情况比较5X向位移和加速度振动响应分析整体模型与部分模型的振动响应比较对楼板进行振动分析5部分模型整体模型振动响应分析候车大厅楼板全范围内的位移和加速度最大值高速正线C1单线行车楼板全范围内最大位移(mm）与加速度(mm/s2)5车型速度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竖向最大加速度为33.63mm/s2，折合0.34%g

，远远小于规定的1.5%g的限值振动响应分析候车大厅楼板位移和加速度沿横轨向的分布高速正线单线行车楼板Z向位移沿1/6轴的分布（左ICE3、右CHR2）5楼板开洞对振动的衰减是明显的；中部平台有竖向支撑的位置由于刚度局部加强，位移加速度响应相对小一些，而跨中位置刚度较小，响应相对大一些。振动响应分析候车大厅楼板位移和加速度沿横轨向的分布C1轴单线行车楼板Z向加速度沿1/6轴的分布（左ICE3、右CHR2）5Z向加速度与Z向位移的趋势基本一致振动响应分析候车大厅楼板特征点的位移与加速度典型时程特征点：各工况下楼板加速度响应最大值点称为该工况下楼板的特征点。（蓝色椭圆为高速正线C1单线行车时特征点）5振动响应分析候车大厅楼板特征点的位移与加速度典型时程高速正线C1单线行车时楼板特征点位移和加速度典型时程5Z向：最大竖向位移约为0.015mm，量值很小振动响应分析候车大厅楼板特征点的位移与加速度典型时程高速正线C1单线行车时楼板特征点位移和加速度典型时程5Y向振动响应分析候车大厅楼板特征点的位移与加速度典型时程高速正线C1单线行车时楼板特征点位移和加速度典型时程5X向振动响应分析候车大厅楼板结构内力分析楼板结构内力选取各工况行车时特定位置单元的轴力和弯矩作为代表，单元位置的选取考虑其代表性，并尽量选择内力较大的构件。以高速正线C1为例，选取位置具有代表性的构件其构件截面最大正应力值为0.32MPa。5振动响应分析分析结论5建筑物安全标准——满足人体舒适度标准——满足新广州站建筑结构具有良好的动力特性，当高速列车通过时对建筑结构的振动影响远不足以引起车站结构的安全问题，并能满足乘客候车时人体舒适度的要求。第六部分结论与展望结论与展望——结论61提出了用两个评价体系，对整个系统的不同部分进行振动响应评价；2对支撑站房结构的桥梁进行了单独动力分析，验证了桥梁结构自身的可靠性；3将整个系统分成了抽象成两个子系统进行分析，并通过列车激励将其进行联系；4经过定性分析得出了可行的列车激励时程求解方案；5在ANSY