汽车荷载作用下地下结构的现场振动试验研究

为了研究汽车荷载引起地下空间结构的低频振动和噪声问题,开展了地下结构现场振动试验。在结构顶板上下表面和地下一层布设测点,从时域及频域方面研究车辆振动下地下结构的振动响应,同时结合振级和噪声标准进行环境评价。结果表明：汽车荷载作用下地下结构以竖向振动为主,顶板竖向基频约为17.0Hz,振动能量主要集中于15.0~30.0Hz; 振动响应从顶板传递至地下一层时大幅衰减,顶板与地下一层的竖向振动沿水平方向传递不明显;顶板横向振动传递时衰减较慢; 测试荷载工况下,结构顶板竖向峰值加速度为274.38mm/s2、地下一层楼面Z振级最大81.02dB,噪声最大56.66dB,超过楼盖峰值加速度、振级与声环境质量限值,需采取减振降噪措施。     

120km/h快线地铁GJ-Ⅲ扣件减振效果现场测试与分析

对东莞地铁R2线某区间采用DZⅢ-1扣件和GJ-Ⅲ扣件直线段轨道结构进行了现场实测,并对实测数据进行了时域和频域对比分析,研究GJ-Ⅲ扣件在高速120 km/h工况下减振效果,时域分析结果表明,采用GJ-Ⅲ扣件轨道结构竖向振动最大峰值略大于DZⅢ-1扣件;频域分析结果表明,在1/3倍频程中心频率40 Hz~200 Hz范围内,GJ-Ⅲ扣件有较好的减振效果,隧道Z振级在此频段降低值最大可达到22 d B。     

新建隧道爆破施工对既有轨道交通区间隧道的动力影响分析

为研究新建隧道爆破施工对既有轨道交通区间隧道的动力影响,以重庆轨道交通9号线一期工程观音桥站施工通道为例,采用有限元数值分析法建立爆破模型,模拟既有的重庆轨道交通3号线区间隧道在爆破荷载作用下引起的振动速度及岩土应力分布情况。结果表明:新建施工通道爆破开挖引起既有区间隧道结构的振速最大值为1.38 cm/s,控制在1.50 cm/s以下;同时,对等效应力云图的分析可以看出,模拟爆破产生的应力较小。可见新建隧道爆破施工对既有轨道交通区间隧道的动力影响较小,风险可控,建议施工过程中加强对既有轨道交通区间隧道迎爆侧及拱顶位置的监测。     

城市轨道交通高架段振动衰减规律研究

城市轨道交通的高架线路下面通常为公路,对于交通繁忙路段无法按照轨道交通的环境评价准则中规定的测点位置进行长时间的振动测量。为此,以最大Z振级为评价量,研究轨道交通高架段的振动衰减规律,为极端条件下通过替代点测量的源强值修正提供试验数据支撑。首先,提出一种基于计权网络频响函数的最大Z振级计算方法;然后,以南京地铁的高架段线路振动测试数据为例,计算不同距离测点条件下的最大Z振级,以研究高架路段振动衰减规律。     

高速铁路周边建筑物环境振动现场测试与分析

对高速铁路列车引起的周边建筑物与地面环境振动响应进行现场测试,利用频谱分析方法研究高速列车引起的周边地面与建筑物环境振动特性,结合城市铁路振动控制标准对高铁环境振动影响进行分析与评价。研究结果表明:时速270km/h的高速列车产生的环境振动频率主要集中在25~60Hz范围内;建筑物垂直振动大于水平振动,建筑物铅垂Z振级最高可达70.62dB,建筑物二次振动具有明显的高度放大效应,建筑物顶层铅垂Z振级约为室内地面的1.094倍;周边地面振动明显大于建筑物振动,但两者表现出相似的变化规律,周边地面分频振级最高可达92.0dB,而建筑物分频振级最大值仅为80dB;高速铁路环境噪声值高达92.8dB,超过城市环境噪声重度污染标准。高速铁路产生的环境噪声污染远大于环境振动影响,须采取相应的隔声降噪措施,以重点控制高速铁路环境噪声污染。     

地铁振动对邻近砖混结构住宅影响研究

以北京地铁沿线附近某砖混结构住宅作为监测对象,在建筑物各层布置传感器,监测地铁通过时建筑物的振动加速度,对监测数据在时域和频域范围内进行分析。建立隧道-土层-建筑物的三维有限元模型,研究砖混结构住宅的振动响应。研究表明:地铁运行引起邻近砖混结构的振动以竖向为主,振动主要集中在40～80Hz,随着房屋高度的增加低频振动影响逐渐显现。砖混住宅各层加速度监测结果与数值模拟结果相吻合,验证了有限元模型的正确性。通过对多种工况下地铁运行引起的邻近砖混结构住宅的振动响应的研究,明确了近接距离、土层性质和隧道埋深对砖混结构住宅振级水平的影响规律,为地铁沿线建筑物的改造及规划提供了参考。     

地铁振动对邻近砖混结构住宅影响研究#br#

以北京地铁沿线附近某砖混结构住宅作为监测对象,在建筑物各层布置传感器,监测地铁通过时建筑物的振动加速度,对监测数据在时域和频域范围内进行分析。建立隧道-土层-建筑物的三维有限元模型,研究砖混结构住宅的振动响应。研究表明：地铁运行引起邻近砖混结构的振动以竖向为主,振动主要集中在40~80Hz,随着房屋高度的增加低频振动影响逐渐显现。砖混住宅各层加速度监测结果与数值模拟结果相吻合,验证了有限元模型的正确性。通过对多种工况下地铁运行引起的邻近砖混结构住宅的振动响应的研究,明确了近接距离、土层性质和隧道埋深对砖混结构住宅振级水平的影响规律,为地铁沿线建筑物的改造及规划提供了参考。     

基于地铁列车进站环境振动效应的ATO控制策略

限速是抑制地铁列车运行诱发环境振动效应的有效措施之一。不同自动运行系统(ATO)控制策略下,地铁列车进站行驶速度与负加速度不同,所诱发环境振动响应也不尽相同。基于动车组快速到达、经济舒适与混合优化等3种典型ATO控制策略,提出了考虑限速要求的局部敏感策略。以紧邻地铁车站大型地下空间为例,采用激振力函数模拟地铁列车荷载,建立平面应变有限元模型,分析了上述4种不同ATO控制策略下地铁列车进站运行诱发临近地下空间楼层Z振级。结果表明,地铁列车采取快速到达策略进站所诱发Z振级最大、混合优化策略次之、经济舒适策略再次、局部敏感策略最小。参数敏感性分析结果亦表明,4种ATO控制策略下,地铁车站相邻地下空间楼层Z振级均呈现随车辆荷载增加而线性增大的趋势,空载与满载工况相比较,4种策略Z振级差值均为3 d B左右;随回填土阻尼比增大,Z振级曲线整体呈指数型衰减趋势,阻尼比自0.03增至0.1时,快速到达策略Z振级降幅最小,仅为3.5 d B,而局部敏感策略Z振级降幅最大,达到6 d B;Z振级随土体动剪切模量增大呈线性衰减趋势,动剪切模量自18 MPa增至26 MPa时,4种策略下两者对应Z振级差值分别为0.3 d B、0.35 d B、0.5 d B与0.9 d B。本文研究可为地铁车站临近地下空间减振降噪提供参考。     

软土区地铁不同类型轨道振动测试分析

软土区地铁隧道结构在列车荷载作用下,工后沉降问题已引起广泛关注,而考虑不均匀沉降下的轨道动力特性实测研究却未见报道。以浙江省某地铁隧道为研究对象,对该隧道两个轨道断面进行了隧道沉降变形观测和钢轨竖向振动测试。基于监测结果,分析了两断面沉降变形和振动实测结果的差异,并对软土区地铁轨道型式进行优选分析。研究结果表明:理论模型计算与振动实测结果量值相当,但理论计算模型未考虑不均匀沉降及轨道弯曲效应,较实测值小;钢弹簧浮置板轨道钢轨振级比普通整体式轨道小10 d B;钢弹簧浮置板轨道固有频率较普通整体式轨道低,列车经过时,较早达到振动峰值,列车经过后,较晚恢复平息;整体式轨道振动对周围土体的扰动大于钢弹簧浮置板轨道,因前者沉降值大于后者,沉降值变大又会进一步加大振动影响。为确保良好的运营条件,建议软土区不均匀沉降工况下采用钢弹簧浮置板等减振轨道型式。     

车致振动荷载作用下富水软弱地层中盾构隧道动力响应分析

开展富水软弱地层中列车荷载作用下盾构隧道动力响应特性研究,以期为盾构隧道结构减振技术及地基土液化评判提供理论依据。采用模型试验与数值模拟相结合的方法,以时域、频域分析为基础,分别以孔隙水压力、频响函数与峰值加速度为评价指标,研究列车振动荷载作用下富水软弱地层中超静孔隙水压力、超静孔隙水压力比的响应规律以及盾构隧道管片结构与周围富水软弱地层的竖向加速度响应规律。研究结果表明：列车荷载作用下,富水软弱地层中的超静孔隙水压力峰值随着测点远离隧道而迅速减小,因此列车振动荷载对隧道周围富水地层的孔隙水压力的主要影响范围较小,主要集中在隧道底部以下约2 m范围内;借助频率响应函数(FRF)将时域结果转化为频域结果,分析发现在列车振动荷载作用的频域区间内,隧道结构与周围富水地层的竖向振动加速度级与荷载频率呈正相关,整体来看,加速度级在低频段(0～80 Hz)内的增幅明显大于中、高频段(80～250 Hz);相较于低频区段(0～80 Hz),中、高频区段(80～250 Hz)的振动波衰减更快。     

轨道交通对沿线建筑物不同楼层的振动影响分析

列车经过轨道交通高架桥时会对沿线区域带来振动干扰,为探究轨道交通对沿线区域建筑物不同楼层的振动影响特性,以某一城市轨道交通沿线4层楼建筑为研究对象,在振动评价理论基础上,对该建筑物1楼及3楼进行了振动测试,并通过数据分析,对两个楼层分别进行了振动加速度频域特性分析及振动加速度级1/3倍频程分析。研究结果表明,振动加速度方面:对于1楼,主要集中在0~100 Hz范围内,全局峰值在50 Hz附近取得,局部峰值在70 Hz附近取得;对于3楼,主要集中在0~150 Hz及650~750 Hz范围内,全局峰值在60 Hz附近取得,局部峰值在130 Hz及700 Hz附近取得。振动加速度级1/3倍频程方面:对于1楼,在50 Hz处达到全局峰值,为70~74 dB,在1 000 Hz处达到局部峰值,为55~59 dB;对于3楼,在63 Hz处达到全局峰值,为76~78 dB,在125 Hz及1 000 Hz处达到局部峰值,分别66~68 dB及68~69 dB。     

砂卵石地层盾构施工振动环境影响测试分析

为研究北京砂卵石地层中盾构施工所引起的地表振动问题,对北京地铁10号线二期公主坟-西钓鱼台区间隧道施工现场进行振动测试.通过对振动实测数据进行分析,总结盾构施工时地表振动频域特点及振动衰减规律,并对振动产生的地表环境影响进行初步评价.研究表明:盾构施工引起的地层振动频带较宽,中线测点主频集中于30 ～ 90Hz范围内;振动波传播过程中高频部分被过滤,较远处测点振动主频降低至30 ～ 50Hz.地面人员对刀盘附近振动感知非常明显,监测到的加速度极值达到0.49m/s2;垂直振动幅值与水平向幅值处于同一量级,并随着远离刀盘而不断衰减.     

高架地铁的轨道结构振动测试及对高架桥的影响分析

为研究高架地铁的轨道结构振动特性以及地铁运行时对高架桥的影响,对郑州市地铁城郊线某段进行了振动测试,以梯形轨枕道床和普通道床两种轨道结构的实测结果为基础进行对比分析,实测结果表明,50Hz以下梯形轨枕道床减振效果与频率有关,在15Hz～40Hz时,竖向振动与水平向振动均出现放大,因此如果需要控制该频率段的振动时,应慎重评估梯形轨枕道床的减振效果。本文可为类似高架地铁的轨道结构和高架桥设计提供参考。     

近轨建筑地下室结构柱车致低频振动减振设计

为了降低车致低频振动,依托实际工程,开展地下室结构柱减振设计研究。基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑短波随机不平顺引起的轮轨中高频振动、土体分层特性、人工黏弹性边界等非线性因素,建立近轨高层建筑车致低频振动预测模型。通过现场地表振动衰减规律测试与车致地下室振动特性测试,验证振动预测模型的有效性。研究地下室非永久柱优化布置,以及非永久柱中嵌入碟形弹簧支座、橡胶支座、粉煤灰支座等4种减振方案对车致低频振动的抑制效果。结果表明：对结构柱进行优化设计可不同程度降低车致低频振动;减少地下室非永久柱可降低地下室整体结构刚度以减少传至高层建筑的振动;采用碟形弹簧支座主要衰减地下室隔板频率63～125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减7.3 dB;通过橡胶支座衰减地下室隔板频率40～125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减7.6 dB;而采用粉煤灰支座主要衰减地下室隔板频率40～125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减5.4 dB;针对该实际工程,结构柱内嵌橡胶支座效果最佳。     

地铁扣件和钢轨对运营期列车荷载的动态响应

地铁隧道在建成投入运营后,将承受列车周期性的振动荷载作用,地铁列车振动可能引起轨道和扣件破坏。以南京地铁1号线西延线工程为背景,首先,通过对地铁扣件和钢轨的振动测试与分析,笔者获得了扣件和钢轨在直道和弯道在不同时段下地铁列车的振动特征;其次,为了量化地确定钢轨与扣件破坏时的受力特性,进行了室内静载拉拔实验,结合动测获得的应力应变特征对比分析,定量地探索了运营期的动荷载对钢轨和扣件的影响程度,最后结合长期沉降对轨道及扣件受力影响分析,找到了扣件失效主要原因。     

地铁上盖隔震建筑车致振动实测与模拟分析

为研究地铁振动引起的地铁上盖隔震建筑竖向振动的影响,基于上海徐泾车辆基地试车线旁的15层隔震住宅进行了现场测试与数值模拟,对不同车速工况下建筑物的室内振动进行测试与分析。振动测试结果表明：地铁上盖建筑采用普通橡胶支座隔震技术后,虽然振动经过隔震层后减小不明显,但并未发现上部结构Z振级有明显放大现象,较传统固接结构具有一定的优越性;上盖结构受车致振动的大小不仅与运行车速有关,也会受刹车等间接增大轨道不平顺程度的行为的影响。建立了用于地铁上盖隔震建筑振动分析的数值模型,并基于现场振动测试结果验证了模型的准确性。数值分析表明,隔震装置在一定程度上可减小楼板竖向振动的幅值,其1/3倍频程振级较固接结构在20、63 Hz附近低约6 dB。     

移动荷载作用下曲线轨道振动响应解析解研究

将曲线轨道模拟为周期性离散支撑的曲线Timoshenko梁,首次推导了移动荷载作用下曲线轨道平面外振动的响应解析解。首先以Duhamel积分为基础,应用动力互等定理,得到沿曲线移动荷载作用下,半无限弹性空间体上任意点动力响应的一般表达式;然后在该式的基础上,针对轨道结构的周期性支撑特点,将荷载沿钢轨的移动问题转化为拾振点以轨枕间距为周期反方向跳跃式移动与荷载只在一个轨枕间距内移动的组合问题。以此,将一个频域积分问题转化为拾振点频域周期解的叠加问题,从而得到了曲线轨道在移动荷载作用下动力响应的解析解。曲线梁的传递函数用传递矩阵法求解。通过对曲线简支梁在移动荷载下振动响应的求解,验证了计算模型的正确性;对比曲线轨道和直线轨道在移动荷载下的振动响应结果,发现:相同荷载条件下,曲线轨道的振动响应大于直线轨道的响应,轨道振动响应频谱与荷载速度密切相关,并且曲线轨道的响应频谱更为丰富。     

贵阳市轨道交通2号线爆破施工地表振动规律研究

以贵阳市轨道交通2号线地铁爆破施工为背景,进行沿隧道爆破掘进方向的地表振动规律研究。通过监测由爆破振动引起的不同间距测点的振动速度波形,研究地表振动特性和振动衰减规律,结合现场实际装药状况和地质情况,综合分析得出以下结论:1)上导掏槽孔爆破引起的地表振动最大,也是影响地表建筑物安全的主要因素;2)将掏槽孔和辅助孔、周边孔分两次爆破能有效避免振动叠加,降低地表振速,且采用分次爆破产生的振动主频比采用孔外延时爆破产生的主频要高;3)当爆心距超过50 m时,地表最大振速减小至1 cm/s以下,对建筑物的安全基本不构成影响。     

地铁荷载下隧道注浆对地面振动的影响

为研究地铁隧道注浆加固后土体力学性能的改变对列车运行引起地面振动的影响,采用有限元分析方法,建立了土体-隧道二维计算模型,分析了在不同隧道埋深及激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面振动加速度反应的影响。计算结果表明:不同隧道埋深下注浆体强度与注浆范围对地面反应的影响规律大致相同;激振频率对计算结果影响很大,1030 Hz激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面加速度反应的影响较小;50 Hz激振频率下,地面最大加速度反应与注浆效果近似成正比,整体随着注浆范围的增大而增大;70 Hz与90 Hz激振频率下,注浆体强度与注浆范围对地面反应的影响存在很强的非线性。因此,在地铁动力反应分析中,隧道注浆的影响不可忽略,计算时应详细考虑注浆体强度与注浆范围的影响。     

机场跑道下部隧道爆破施工的合理埋深研究

以正在规划中的重庆轨道交通轻轨三号线下穿重庆江北机场主跑道及滑行道的区段为研究背景,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件对不同埋深的隧道掘进爆破施工进行数值模拟,通过对地表爆破振速与埋深的关系的分析研究,得出隧道施工的合理埋深。模拟计算的结果显示:软件中的高性能炸药材料MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN的模型能较好模拟爆炸荷载,模拟计算得出的地表最大振动速度与实测最大振速相近;地表震动响应随着隧道埋深的增加而减小;地表振动速度与爆破装药量近似呈正比例关系。结合机场跑道安全标准,确定了机场跑道下部的隧道爆破施工的合理埋深。