浅论2.5维有限元方法计算地基土的动力响应

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1、武汉理工大学硕士学位论文2.5维有限元方法计算地基土的动力响应姓名：兰洋申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：谢伟平20081101摘要随着我国轨道交通的不断发展和列车运行速度的不断提高，交通荷载引起的振动对周围环境的影响越来越受到人们的关注。在此背景下，研究移动荷载作用下地基土的动力响应的计算方法具有十分重要的意义。要做出正确适当的环境振动评价，首先要弄清楚列车运行时振动产生的机理及传播规律。本文研究的对象为轨道交通系统产生的振动对周围环境的影响。轨道结构一般包括轨道、轨道扣件、枕木、碎石垫层等。而列车运行时，车轮和轨道之间存在着相互作用，由于轮

2、重的作用使轨道产生弯曲变形，弯曲波就通过轨道各成分传给地基土并向四周传播，从而进一步诱发建筑物的二次振动。基于以上分析，本文的主要内容可总结为以下几点：1、对于复杂地质中波传播规律的研究，有限元方法有较好的适用性。考虑地基在列车移动方向上性质变化较小，通过沿轨道方向的波数变换将三维问题降维为两维问题，在垂直轨道方向的平面上将地基进行有限单元离散。最后将该平面上求解得到的结果沿轨道方向进行波数扩展求得三维空间中的时域解。此即2．5维有限元法，第二章详细推导了这一理论过程，这一部分是后面工作的基础。2、借助于Fortran程序设计语言，对2．5维有限元理论

3、推导编制相应程序，从而实现了从理论到实际应用的转化。为了验证方法的真确性和可靠性，通过算例与半解析的分层法进行了对比，结果证明两者吻合良好。3、在此基础上利用2．5维有限元法分析了地下铁路振动传播的规律。考虑列车荷载加振频率和速度的不同，得到了距轨道中心线不同距离处的动力响应。最后，在全面总结全文工作的基础上，提出了文章尚需深入研究的问题。关键词：移动荷载；有限元方法；土的动力响应；环境振动评价ⅡAbstractWiththedevelopmentoftracktrafficandtheincreaseoftrainspeedinChina，peopl

4、ehavegivenmoreandmoreconcerntotheinfluenceofvibrationinducedbytrafficload．Inthecontext，itisveryimportanttoresearchthecalculatedmethodofthedynamicresponseofsoilundermovingload．Understandingthemechanismofvibrationgenerationanditspropagationruleistheprerequisitetoevaluateenvironmen

5、talvibrationcorrectlyandappropriately．Theobjectofthepaperistheinfluenceofenvironmentvibrationinducedbycityviaductrailwaytrafficsystem．Generally,trackstructureconsistsoftrack,railpad，sleeperandballast．Whentrainrunningonthetrack,therehasinteractionbetweenwheelsandtrack,andthetrack

6、willbendbecauseoftheweightofwheels．Then，thebendingwaveswillpropagatetosoilandaroundareasthroughthecomponentoftrackstructure，whichCancausethesecondvibrationonbuildings．Basedonaboveanalyses．themainideasofthispapercanbesummarized嬲follows：1．Thebasicprincipleof2．5DFEMmethodistoreduce

7、3Dproblemto2Dproblemthroughwavenumbertransformalongtrackdirection,andthegroundperpendiculartothetrackisdiscretedbyfiniteelement．Thentheresultsof3DproblemCanbeobtainedbywavenumberexpansionof2Dcalculationresultsalongtrackdirection．Theessentialprocessofthe2．5DFEMmethodhasbeendeduce

8、dinchaptertwoofthepaper,anditisthebasisoflast．2