压型钢板-混凝土组合楼板的高速铁路环境振动特性研究

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列车运行会给沿线的周边环境带来振动和噪声等负面影响,其中列车运行引发邻近建筑物的振动问题越来越受到人们的关注。装配式结构因其效率好、质量高等优点,成为了建筑工业化过程的主力推广结构形式,压型钢板-混凝土组合楼板是装配式结构的重要组成构件——楼板的结构形式之一。2021年我国颁布《国家综合立体交通网规划纲要》,提出要大力发展铁路等交通运输。因此,压型钢板-混凝土组合楼板受到高速铁路环境振动的影响也会日益突出,有必要对其在列车作用下的振动问题进行研究,掌握其铁路环境振动特性和传播规律。本文在压型钢板-混凝土组合楼板试验研究的基础上,基于薄板理论建立了楼板的三维实体模型、各向同性模型和正交异性等效模型;然后建立了轨道-路基-土体-装配式结构-楼板的有限元模型,求解出压型钢板-混凝土组合楼板的铁路环境振动响应,并对比同尺寸的现浇结构;最后研究了列车距离和列车速度对楼板高速铁路环境振动的影响分析。主要结论有:压型钢板-混凝土组合楼板的跨度越大,楼板的基频越小,而受跨中激振时的振动响应加速度越大;激振荷载的频率越大,组合楼板振动响应加速度越大,且振动响应加速度的增大幅度也越大;正交异性等效模型对压型钢板-混凝土组合楼板的拟合比较精确,且模型计算效率较高;尺寸相同的装配式结构和现浇结构的振型几乎一致,装配式结构的自振频率要小于现浇结构;列车作用下,压型钢板-混凝土组合楼板的振动频率在0~30Hz,属于低频振动,振动在人体所能感知的范围内;装配式结构的楼板振动位移峰值要低于现浇结构,而振动加速度峰值则高于现浇结构;列车作用下,压型钢板-混凝土组合楼板水平X向位移峰值最大,竖向Z向加速度峰值最大,增大楼板厚度,楼板的加速度频谱的范围和主频基本不变,楼板的振动的位移和加速度峰值略微减小,Y向的振动响应对厚度的变化最为敏感;列车速度越大,压型钢板-混凝土组合楼板的振动加速度频谱越丰富,楼板三个方向上的主频越大,低频和高频的幅值相应增大,且高频部分增大得更明显;列车距离对组合楼板铁路环境振动的低频成分和高频成分有明显的滤波效应,结构离列车越近,楼板的振动响应谱中的高频成分更加明显。
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