轨道交通-土-结构耦合模型的建立方法及装置制造方法及图纸

本公开是关于一种轨道交通

【技术实现步骤摘要】
轨道交通
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土
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结构耦合模型的建立方法及装置


[0001]本公开涉及土木工程结构振动控制
，尤其涉及一种轨道交通
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土
‑
结构耦合模型的建立方法及装置。

技术介绍

[0002]城市轨道交通是在城市核心区或近郊区周围提供客运服务的各类铁路系统的总称，可分为有轨电车、轻轨、地铁等。相比于小汽车、公共汽车、自行车等出行方式，城市轨道交通具有快速便捷、载客量大、廉价准时、能源清洁等不可取代的特征。现今城市轨道交通已经逐渐成为中国大中型城市居民的主要出行方式。
[0003]但城市轨道交通为居民带来巨大生活出行便利的同时，也引发了一系列环境振动及噪声问题，主要有以下两种形式：其一，列车运行时车轮滚动激起轨道沿线的车站结构、隧道结构、岩土介质振动并传播至附近建筑基础或地下室外墙，从而引起结构内环境振动和二次辐射噪声；其二，列车运行时的噪声通过空气传播造成轨道沿线的噪声污染。上述问题均给居民的生活起居和日常办公造成了巨大的负面影响，使其在生理及心理上产生不同程度的负担和不适感。因此，轨道交通沿线的建筑物振动问题不容小觑。

技术实现思路

[0004]为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种轨道交通
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土
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结构耦合模型的建立方法及装置。
[0005]根据本公开实施例的第一方面，提供一种轨道交通
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土
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结构耦合模型的建立方法，包括：
[0006]基于目标轨道建筑工地的多个地下检测点的实际振动响应，确定轨道交通
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土
‑
结构耦合模型的最优土体参数，其中，所述土体参数包括土体密度、土体弹模参数和土体阻尼；
[0007]基于目标轨道建筑工地的多个地表检测点的实际振动响应，确定轨道交通
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土
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结构耦合模型的最优轨道激励；
[0008]基于目标轨道建筑工地的多个建筑结构检测点的实际振动响应，确定轨道交通
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土
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结构耦合模型的最优建筑结构参数，其中，所述建筑结构参数包括：建筑结构尺寸、边界条件、楼板厚度和楼板材料弹模；
[0009]根据所述最优土体参数、最优轨道激励和最优建筑结构参数，建立轨道交通
‑
土
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结构耦合模型；
[0010]使用所述轨道交通
‑
土
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结构耦合模型，确定所述目标轨道建筑工地的建筑结构振动是否超过预设限制。
[0011]在一个实施例中，优选地，
[0012]基于目标轨道建筑工地的多个地下检测点的实际振动响应，确定轨道交通
‑
土
‑
结构耦合模型的最优土体参数，包括：
[0013]目标轨道建筑工地在利用力锤进行激励时，采集多个地下检测点的的第一振动加速度时程；
[0014]对所述目标轨道建筑工地的土体进行地质勘测，得到土体的基本力学参数，并建立第一自由场地模型；
[0015]对所述自由场地模型施加单位冲击载荷，采用Newmark
‑
β法计算每个地下检测点的冲击响应；
[0016]利用傅里叶变换，分别计算振动加速度时程和冲击响应对应的第一幅值谱和第二幅值谱，构造频率误差函数；
[0017]构造所述振动加速度时程和冲击响应对应的时域误差函数；
[0018]根据所述频率误差函数和所述时域误差函数，通过优化算法进行搜索，确定最优的土体弹模和土体阻尼。
[0019]在一个实施例中，优选地，根据所述频率误差函数和所述时域误差函数，通过优化算法进行搜索，确定最优的土体弹模和土体阻尼，包括：
[0020]所述频率误差函数ef包括：
[0021][0022]其中，RSf
i
表示所述第一幅值谱，NSf
i
表示所述第二幅值谱，‖index_max(RSf
i
)
‑
index_max(NSf
i
)||2表示函数的二范数，index_max(RSf
i
)表示第一幅值谱中幅值最大的频率，index_max(NSf
i
)表示第二幅值谱中幅值最大的频率，i表示第i个地下检测点；
[0023]NSf
i
＝f(Es)
[0024]其中，Es表示土体弹模；
[0025]所述时域误差函数e
t
包括：
[0026][0027]其中，RS
i
表示所述第一振动加速度时程，NS
i
表示所述冲击响应；
[0028]NS
i
＝f(Es，ζ)
[0029]其中，Es表示土体弹模，ζ表示所述土体阻尼；
[0030]通过优化算法分别优化所述频率误差函数和时域误差函数，找到最优的土体弹模参数Esopt和最优的土体阻尼参数ζopt。
[0031]在一个实施例中，优选地，所述确定每个地下检测点的实测振动响应的最优轨道激励，包括：
[0032]采集轨道交通引起的地表振动的第二振动加速度时程；
[0033]对所述第二振动加速度时程进行三分之一倍频程分析，得到每个地表检测点振动的第一分频振级值；
[0034]利用有限元建立土体的第二自由场地模型，利用有限元分析求解多个单位谐波组合激励下每个地表检测点的振动响应加速度时程；
[0035]将所述振动响应加速度时程按照三分之一频程的频带划分进行滤波处理，再分别计算在每个频带中的加速度均方根值；
[0036]根据所述加速度均方根值，计算每个地表检测点的第二分频振极值；
[0037]构造振级误差函数，计算所述第一分频振级值和第二分频振级值的误差；
[0038]通过最小化振级误差函数，得到最优的轨道激励。
[0039]在一个实施例中，优选地，所述最优的轨道激励Load采用以下公式计算：
[0040][0041]M
i，j
＝20lgG
i，j
‑
10lg2+120
‑
RVL
i，j
[0042]其中，G
i，j
表示第i个地表检测点，第j个频带的加速度幅值，RVL
i，j
表示第i个地表检测点，第j个频带的第一分频振级值，ri表示第i个地表检测点距离激励振源的距离。
[0043]在一个实施例中，优选地，确定每个地下检测点的实测振动响应的最优建筑结构参数，包括：
[0044]根据所述目标轨道建筑工地的建筑结构图纸，建立建筑结构的有限元模型；
[0045]对所述有限元模型进行模态分析，得到楼板的第一自振频率；
[0046]测量楼板在环境激励下的振动响应，并计算楼板的第二自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通
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土
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结构耦合模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括：基于目标轨道建筑工地的多个地下检测点的实际振动响应，确定轨道交通
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土
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结构耦合模型的最优土体参数，其中，所述土体参数包括土体密度、土体弹模参数和土体阻尼；基于目标轨道建筑工地的多个地表检测点的实际振动响应，确定轨道交通
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土
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结构耦合模型的最优轨道激励；基于目标轨道建筑工地的多个建筑结构检测点的实际振动响应，确定轨道交通
‑
土
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结构耦合模型的最优建筑结构参数，其中，所述建筑结构参数包括：建筑结构尺寸、边界条件、楼板厚度和楼板材料弹模；根据所述最优土体参数、最优轨道激励和最优建筑结构参数，建立轨道交通
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土
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结构耦合模型；使用所述轨道交通
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土
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结构耦合模型，确定所述目标轨道建筑工地的建筑结构振动是否超过预设限制。2.根据权利要求1所述的轨道交通
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土
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结构耦合模型的建立方法，其特征在于，基于目标轨道建筑工地的多个地下检测点的实际振动响应，确定轨道交通
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土
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结构耦合模型的最优土体参数，包括：目标轨道建筑工地在利用力锤进行激励时，采集每个地下检测点的的第一振动加速度时程；对所述目标轨道建筑工地的土体进行地质勘测，得到土体的基本力学参数，并建立第一自由场地模型；对所述自由场地模型施加单位冲击载荷，采用Newmark
‑
β法计算每个地下检测点的冲击响应；利用傅里叶变换，分别计算振动加速度时程和冲击响应对应的第一幅值谱和第二幅值谱，构造频率误差函数；构造所述振动加速度时程和冲击响应对应的时域误差函数；根据所述频率误差函数和所述时域误差函数，通过优化算法进行搜索，确定最优的土体弹模和土体阻尼。3.根据权利要求2所述的轨道交通
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土
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结构耦合模型的建立方法，其特征在于，根据所述频率误差函数和所述时域误差函数，通过优化算法进行搜索，确定最优的土体弹模和土体阻尼，包括：所述频率误差函数ef包括：其中，RSf
i
表示所述第一幅值谱，NSf
i
表示所述第二幅值谱，||index_max(RSf
i
)
‑
index_max(NSf
i
)||2表示函数的二范数，index_max(RSf
i
)表示第一幅值谱中幅值最大的频率，index_max(NSf
i
)表示第二幅值谱中幅值最大的频率，i表示第i个地下检测点；NSf
i
＝f(Es)其中，Es表示土体弹模；所述时域误差函数e
t
包括：
其中，RS
i
表示所述第一振动加速度时程，NS
i
表示所述冲击响应；NS
i
＝f(Es，ζ)其中，Es表示土体弹模，ζ表示所述土体阻尼；通过优化算法分别优化所述频率误差函数和时域误差函数，找到最优的土体弹模参数Esopt和最优的土体阻尼参数ζopt。4.根据权利要求1所述的轨道交通
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土
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结构耦合模型的建立方法，其特征在于，基于目标轨道建筑工地的多个地表检测点的实际振动响应，确定轨道交通
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土
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结构耦合模型的最优轨道激励，包括：采集轨道交通引起的地表振动的第二振动加速度时程；对所述第二振动加速度时程进行三分之一倍频程分析，得到每个地表检测点振动的第一分频振级值；利用有限元建立土体的第二自由场地模型，利用有限元分析求解多个单位谐波组合激励下每个地表检测点的振动响应加速度时程；将所述振动响应加速度时程按照三分之一频程的频带划分进行滤波处理，再分别计算在每个频带中的加速度均方根值；根据所述加速度均方根值，计算每个地表检测点的第二分频振极值；构造振级误差函数，计算所述第一分频振级值和第二分频振级值的误差；通过最小化振级误差函数，得到最优的轨道激励。5.根据权利要求4所述的轨道交通
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【专利技术属性】
技术研发人员：潘鹏，曾一，曹迎日，王海深，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：