移动荷载下饱和地基的动力有限单元法

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1、同济大学航空航天与力学学院硕士学位论文移动荷载下饱和地基的动力有限单元法姓名：杨佳松申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：金波20090301摘要移动荷载作用下饱和地基的动力响应一直是工程界及学术界都亟待解决的一个问题。近年来高速列车已在我国部分地区运行，各地也在积极修建高速城际铁路，列车运行速度将越来越快。我国即将和已经建造高速铁路的东南沿海地区存在着大量表面波传播速度较小的地基，高速列车的车速有可能接近这些地基的表面波速，当接近瑞利波波速时节点位移将是静止时的几倍，在荷载速度跨越瑞利波波速时节点位移有剧烈的改

2、变。当荷载速度超过剪切波速和压缩波速时，位移形状也会出现一定的改变。这些极有可能对铁路沿线的建筑物造成结构上的破坏。显然，研究饱和地基在运动荷载下的动力响应对于保证高速列车的安全运行具有重要的工程意义；同时，对高速列车荷载在地基中产生的响应进行分析，可以对周边环境作振动评估，以此改善铁路沿线众多高科技工厂的生产条件和周围居民的生活条件。本论文研究的是移动简谐荷载作用下饱和地基的动力响应问题，应用拟静力有限元分析，将饱和地基的动力问题转换成拟静力的情况，综合考虑列车频率对动力响应的影响，更符合实际情况，在国内外研究中，

3、对此问题的研究较少：而且此研究课题易于退化到静载下的各种情况，综合性较强，因而具有很强的工程意义和理论意义。本文完成的主要工作如下：1．推导Biot动力基本方程，通过加权残数法推导有限单元方程，应用拟静力有限元方法计算地基各点的位移与应力。2．对单层饱和地基在移动荷载作用下的响应进行计算，在速度未超过剪切波速时通过与Easonl3J计算曲线相对比验证了集中移动荷载下速度对饱和地基的影响，在超过剪切波速时也通过添加阻尼一项进行了有限元模拟，从而为更好的模拟现实中的受力分析提供更好的计算结果。2．研究了不同的地基条件、速

4、度、列车振动频率等对应力和位移的影响，并与前人研究进行了比较，证明了该计算方法的准确性与可信性。结果中饱和地基的位移和应力随荷载移动速度的增加而明显变化。关键词：饱和地基，Blot动力方程，移动荷载，有限元方法，拟静力问题AbstractThedynamicresponsesofgroundsubjectedtomovingloadshavealwaysbeenveryimportantforengineersandacademiatoundertake．Inrecentyears，thehigh．speedvehi

5、cleshavecomeintoserviceinsomeareasofChina，andnewtypesofhigh．speedrailwaywillbebuiltinthenearfuture。whichwillmakevehiclesfaster．InmanyareasofsoutheastChina，surfacewaveoftheearthsurfacehasaverysmallspeed，therefore，thespeedsofthehigh．speedvehiclesarelikelytoapproa

6、chthespeedofthesurfacewave．WhenthespeedofthemovingloadsexceedtheRayleighwave’S，thedisplacementofthenodeswillbeseveraltimesoftherestingloads’．Whenthespeedofthemovingloadsexceedtheshearingwave’Sandthecompressingwave’S．thecurveofthedisplacementwillhavechanges．Thes

7、ewillinallprobabilitybingdamagetothebuildingsaroundtherailway．Obviously，Itistechnicalsignificancetoanalyzedynamicresponsesofmediumsubjectedtomovingloadatsurfaceforsecurityoffastmovingvehicle．And，researchofdynamicresponsesgeneratedbyfastmovingvehicleloadcouldeva

8、luatethevibrationofneighbouringenvironment，SOastoimprovemanufactureoftechnologicalfactoryandlifeofresidentaroundrailway．Thepurposeofpresentworkistoinvestigatethedynamicrespo