交叉地铁列车荷载下西安古钟楼动力响应分析

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随着西安城市发展进程的加快,在城市用地紧张、地下管线错综复杂、建筑物密集的局面下,钟楼等古建筑将不可避免地处于轨道交通振动荷载的影响范围之内。因此,列车运行引起的振动荷载作用下古建筑的安全评估将是一个不可回避的问题。本文针对上述问题,采用有限元软件ANSYS建立数值仿真模型,对西安地铁二号线单线运行、六号线单线运行以及西安地铁二号线和六号线联合运行时古钟楼的动力响应进行了研究。  首先,对地铁列车运行引起周围土层以及地面建筑物振动方面的理论进行了归纳总结,对轨道结构作用力、振动在土体中的传播与衰减以及国内外对振动的评价标准进行了较为系统的介绍。通过对模型进行模态分析,得到了模型前四阶振动频率,从而计算得出模型的瑞利阻尼系数以及计算时间步长。根据相关理论,计算得到地铁列车运行时的振动荷载,并采用动态方式将该荷载施加到列车轨道上。  其次,基于ANSYS瞬态分析方法,对地铁二号线单线运行时台基和钟楼拾振点的动力响应进行了探究。研究了列车运行速度、地基土动弹性模量以及阻尼系数对台基和钟楼拾振点振动速度的影响。计算结果表明:列车速度越大,各拾振点速度峰值越大;地基土动弹性模量越大,其对振动的阻碍作用越明显;波在土体中传播,主要受刚度阻尼系数的影响,质量阻尼系数对其影响甚微。  最后,对比分析了地铁二号线和六号线联合运行、二号线单线运行和六号线单线运行时台基和钟楼拾振点的动力响应规律。并将计算结果同《古建筑防工业振动技术规范》进行了对比。结果表明:二号线和六号线同时运行时,钟楼拾振点水平向振动速度幅值较二号线和六号线单线运行时有所增大。计算得到台基和钟楼木结构拾振点的最大水平振动速度幅值小于古建筑防工业振动技术规范规定的允许值,这说明西安地铁二号线和六号线联合运行所引起的振动对西安古钟楼造成的影响满足相关规范要求。
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