高速列车对建筑结构振动影响的研究2003PPT.

1、1 绪论绪论2 振动评价标准振动评价标准3 车车-桥耦合振动分析桥耦合振动分析4 车车-桥桥-建筑体系振动建筑体系振动分析分析5 结构振动影响计算结构振动影响计算6 结论展望结论展望绪论内容概述内容概述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世界上各个国家和地区高速铁路情况对照（09.3.2）国家国家总里程总里程(km)运营速度（运营速度（km/h）最高试验速度（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1700320,300,2

2、80,210574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)绪论国内外高速铁路发展概况我国客专路网规划我国客专路网规划绪论车辆与结构相互作用研究概况各线路上桥梁所占比

3、例各线路上桥梁所占比例线别线别京津京津郑西郑西武广武广石武石武广珠广珠成绵峨成绵峨京沪京沪哈大哈大全长km 115.2258.2968.4506142.2323.2 1317.8 903.9桥长km101258.7468.5413.6134.1148.9 1066.2 681.7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手段一：现场实验和模拟实验CSU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、动力仿真手段二：数值模

4、拟、动力仿真LY-DYNA 中车桥相互作用的有限元模型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。来越关注。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新时期客运站设计建造新要求以人以人为本为本功能功能性性系统系统性性先进先进性性文化文化性性经济经济性性绪论 四大客运中心北京南站新时期客运站设计建造新要求新时期客运站设计建造新要求绪论 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新时期客运站设计建造

5、新要求绪论 四大客运中心新武汉站新时期客运站设计建造新要求新时期客运站设计建造新要求绪论研究对象：武广客运专线新广州站新时期客运站设计建造新要求新时期客运站设计建造新要求绪论研究对象：武广客运专线新广州站新广州站概况新广州站概况南北向（顺轨向）剖面图南北向（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新广州站概况东西向（横轨向）剖面图东西向（横轨向）剖面图绪论研究对象研究内容研究内容车辆桥梁结构车辆桥梁结构系统动力分析系统动力分析振动结果的评价振动结果的评价高速列高速列车对建车对建筑结构筑结构的振动的振动影响影响振动评价标准评价标准的选择思路评价标准的选择思路振动评价标准评价标

6、准的选择思路评价标准的选择思路环境振动问题评价标准环境振动问题评价标准车桥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人体舒适度考虑建筑物安全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基于ISO 2631人体舒适的振动控制标准人体舒适的振动控制标准适用地带范围适用地带范围昼间昼间夜间夜间特殊住宅区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8080城市区域环境振动标准城市区域环境振动标准（Z振级振级VLZ / dB）振动评价标准环境振动问题评价标准基于德国基于德国DIN4150规范建筑物安全的控制标准规范建筑物安

7、全的控制标准频率 Hz振动评价标准车桥振动问题评价标准列车运行评价标准列车运行评价标准安全性：安全性： 脱轨系数0.8 轮重减载率0.6舒适性（客车）舒适性（客车） 车体振动加速度 舒适性指标平稳性（货车）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桥梁振动响应限值竖向振动加速度限值：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：横向振动加速度限值： 0.14g=1.4m/s2（半幅）车-桥耦合振动分析分析手段分析手段利用中南大学郭向荣教授开发的软件利用中南大学郭向荣教授开发的软件GSAPGSAP完成对支完

8、成对支撑新广州站的撑新广州站的V构连续梁桥设计方案的动力特性及列车构连续梁桥设计方案的动力特性及列车走行性进行分析。走行性进行分析。车-桥耦合振动分析分析手段分析手段利用利用GSAP4.0GSAP4.0软件完成对支撑新广州站的软件完成对支撑新广州站的V构连续梁构连续梁桥设计方案的动力特性及列车走行性进行分析。桥设计方案的动力特性及列车走行性进行分析。车-桥耦合振动分析桥梁结构有限元模型的建立桥梁结构有限元模型的建立V构连续梁桥有限元模型立面图车辆模型的处理车辆模型的处理 在在TBI模块中实现，自动实现对德国模块中实现，自动实现对德国ICE3、日本、日本500系、国产动系、国产动力分散独立式高速

9、列车的编组模拟（时速力分散独立式高速列车的编组模拟（时速160300KM/h）。）。车-桥耦合振动分析计算结论计算结论 通过计算，支撑站房结构的连续梁桥通过计算，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。结构自身的振动响应满足各种限值要求。车辆桥梁结构分析方法车辆桥梁结构分析方法 建立整体系统精确模型的困难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对整体模型进行动力求解的困难难 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分析思路分析思路车辆桥梁结构分析方法 在动力学方程求解中，把站房结构的刚在动力学方程求解中，把站房结构

10、的刚度、质量作用通过度、质量作用通过静力凝聚静力凝聚的方式凝聚到轨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。等效桥梁结构系统。车辆桥梁结构分析方法Step1：进行车辆等效桥梁系统动力学分析，求得梁上激励时程。：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轨道梁跨中节点的激励时程单线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Step2：建立桥梁结构计算模型。用求得激励时程作时程分析。：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S

11、tep2：建立轨道梁结构计算模型。用求得激励时程作时程分析。：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轨道梁-站房结构的分析思路站房结构的分析思路u 对桥梁结构的时程分析是通过对桥梁结构的时程分析是通过ANSYS通用有通用有限元软件来实现的。限元软件来实现的。u 新广州站的整体模型共约新广州站的整体模型共约20000个节点，个节点，68000多个单元，计算量庞相当大。为能顺利求解，需对多个单元，计算量庞相当大。为能顺利求解，需对模型作适当的简化。模型作适当的简化。 车辆桥梁结构分析方法新广州站桥梁新广州站桥梁-站房结构整体模型站房结构整体模型车辆桥梁结构分析

12、方法轨道梁轨道梁-站房结构模型的简化站房结构模型的简化车辆桥梁结构分析方法轨道梁轨道梁-站房结构的简化模型站房结构的简化模型车辆桥梁结构分析方法轨道梁轨道梁-站房结构的简化模型（局部）站房结构的简化模型（局部）车辆桥梁结构分析方法计算工况的选取计算工况的选取车辆的选取车辆的选取德国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计算工况的选取行车线的选取行车线的选取l高速正线（C1、E2线）。l站房最外侧行车线（B1线）。l站房中线处行车线（D1线）。l站房伸缩缝位置处行车线（E1线）。振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较整体模型与分模型的振动响应比

13、较振动响应（位移、加速度）的最大值振动响应（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整体模型与分模型的振动响应比较列车轨道列车轨道工况工况UZUYUXazayax高速正线整体模型双线行车0.0260.0045 0.005321.632.3844.015高速正线分模型双线行车0.0260.0037 0.004421.622.2823.997 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整体模型与分模型的振动响应比较振动响应分析整体模型与分模型的振动响应比较整

14、体模型与分模型的振动响应比较Z向位移和加速度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整体模型与分模型的振动响应比较Y向位移和加速度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整体模型与分模型的振动响应比较X向位移和加速度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整体模型与部分模型的振动响应比较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候车大厅楼板全范围内的位移和加速度最大值车型车型速度速度UZUYUXazayaxICE31600.0210.00360.004217.311.4474.0122000.0260.00450.00

15、5321.631.8845.0152400.0360.00570.008128.862.6877.422CRH21600.0250.00420.004919.121.7424.6672000.0340.00510.005825.942.2645.7872400.0470.00680.008733.633.1128.679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候车大厅楼板位移和加速度沿横轨向的分布 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

16、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候车大厅楼板位移和加速度沿横轨向的分布 Z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候车大厅楼板特征点特征点的位移与加速度典型时程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。工况下楼板的特征点。（蓝色椭圆为高速正线（蓝色椭圆为高速正线C1C1单线行车时特征点）单线行车时特征点）振动响应分析候车大厅楼板候车大厅楼板特征点特征点的位移与加速度典型时程的位移与加速度典型时程Z向：最大竖向位移约为0.015mm，量值很小

17、振动响应分析候车大厅楼板候车大厅楼板特征点特征点的位移与加速度典型时程的位移与加速度典型时程Y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候车大厅楼板特征点的位移与加速度典型时程X向振动响应分析候车大厅楼板结构内力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，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。并尽量选择内力较大的构件。以高速正线以高速正线C1C1为例，选取位置具有代表性的构件为例，选取位置具有代表性的构件其构件截面最大正应力值为其构

18、件截面最大正应力值为0.32MPa。振动响应分析分析结论分析结论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。结论与展望结论1 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；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；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；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；经过定性分析得出了可行的列车激励时程求解方案；5 在在ANSYS中用中用APDL实现了列车激励下的时程分析；实现了列车激励下的时程分析；6 对整体模型和简化分模型的计算对比，验证了高效计算方案的可行性。对整体模型和简化分模型的计算对比，验证了高效计算方案的可行性。7 根据分析的结果和评价标准，得出新广州站