地铁平台上建筑物竖向振动测试与分析

为了分析地铁运营对环境振动的影响,对地铁隧道平台和地面线路平台上多层住宅楼的竖向振动进行了现场实测,从加速度时程、加速度傅氏谱以及加速度幅值传递函数3个方面对实测的数据进行了分析,在此基础上对加速度振级进行了对比.结果表明,地铁平台上多层建筑物竖向振动基本表现为整体振动,以频率低于70 Hz的振动为主;对于地下线路,楼层间信号的放大主要集中在10～30 Hz频段,第5底层以下振动逐层增强,第5层以上振动基本无变化;对于地面大平台线路,结构主要表现为频段为40～70 Hz的整体振动,振动随楼层增加逐渐增强;地铁隧道线路对建筑物的影响较地面线路小,但2者的振级均满足环境规范要求;对于地面线路平台建筑还处于起步阶段,应对其进行专门的评价.     

地铁运营诱发振动实测及传播规律

对某地铁3处典型路段的地铁运营诱发振动进行了实测,分析了其特点和衰减规律,得到了如下一些结果:地铁运营诱发振动的60-80 Hz分量较大,传到建筑物的振动以20 Hz以内的低频振动为主;垂直分量较水平方向衰减慢,且垂直分量振动幅度显著高于水平分量;不同地质条件对地铁运营诱发振动的传播影响较大; 离开隧道轴线一定距离存在一个振动放大区,此距离与地层条件、隧道埋深和振源机制有关．本文实测条件下, 这一距离为20-30 m;振动放大区能量主要集中在10 Hz以内,高频振动分量总的趋势是随距离的增大而衰减, 但某些高频振动分量在某些地质条件下同样会出现反弹情况．最后根据实测数据提出了预测地铁运营引起环境振动的统计回归公式,可为预测或估计地铁运营诱发的环境振动以及地面建筑的防振减振控制提供参考．     

城市公路与高架路交通诱发建筑振动实测与分析

为了研究环境振动对建筑物的影响及其在结构中传播的规律性,对某市公路与高架路及其沿线建筑物进行了实测,并从加速度时程、频谱与振级多个方面进行分析可知:由城市公路、高架路引起的地面振动分别以5～25 Hz、5～45 Hz的低频振动为主,这种低频振动在土层中随着距离的增加而衰减,传入建筑结构中会随着楼层的增加而放大,并且会诱发建筑结构内部构件的高频振动;在多层建筑结构内部,竖向振动大于水平振动,水平垂桥向振动大于水平顺桥向振动.随着楼层的增加,振动不断放大,放大倍数与结构在该方向上的刚度有关.结构的受迫振动主要源于地表振动.     

不同岩层地质条件下地铁振动传递特性研究

为研究海滨城市地质特性对地铁振动传递的影响,选取海滨城市远海区域和近海区域2种典型地质条件下地铁线路断面,分别对地铁隧道内隧道壁和距离隧道中心线0、15和30 m的地表进行振动测试与分析,发现远海区域地铁在低频和高频区段对振动波有较大的衰减作用,地铁在地层中振动的损失波峰位于200 Hz;近海区域地铁的高频振动衰减低于低频振动衰减,地铁在地层中振动的损失波峰位于4 Hz.指出远海区域的减振措施设计应重点考虑中频10~100 Hz的振动,而近海区域的减振措施设计应重点考虑高频100~200 Hz的振动.研究结果对海滨城市地铁线路规划和减振措施选择具有重要指导意义.     

加厚筏板基础建筑物底板对地铁所致振动的影响

为降低地铁运行所致临近建筑物振动的危害,提出了加厚筏板基础建筑物底板的减振方法,研究了加厚筏板基础建筑物底板的减振效果。建立“隧道-土体-建筑物”三维模型,通过实测数据和经验公式对所建模型及振源荷载进行验证。在此基础上,研究了在普通道床、弹性长枕道床、钢弹簧浮置板道床条件下加厚筏板基础建筑物底板的减振效果,并分析了建筑物中心距离地铁隧道中心的水平距离对加厚底板减振效果的影响。结果表明：加厚筏板基础建筑物底板可有效消耗地铁所致振动能量,从而降低邻近建筑物的振动响应;当地铁线路采用减振道床时,其减振作用会有一定减弱;加厚筏板基础建筑物底板的减振效果与建筑物距隧道中心线的水平距离有关,距离越近减振效果越好。最后提出了能快速计算加厚筏板基础建筑物底板减振效果的预测方法,该方法为地铁临近建筑物加厚底板的实施提供参考。     

基于车轨耦合模型下地铁对隧土的振动响应

为了准确预测列车运行时轮轨间相互作用对隧道和地面的振动影响,利用ANSYS软件建立某地铁的二维模型,通过车轨耦合模型得到轮轨力,将该力施加在隧道-土层2D有限元模型上,得到道床上某点振动加速度的模拟值,并将其与实测值对比验证模型的可靠性。基于此模型计算隧道地面点的振动响应,分析土层深度及宽度参数对地面点振动的影响。结果表明:双线与单线引起的地面振动规律基本一致;地面点的振动加速度随着拾振点与振源距离的增加而减弱,但会在23 m左右出现振动放大区;选择宽度120 m、深度75 m的模型即可达到计算精度要求。结果可为地铁线路减振、环境振动评价等提供参考。     

邻近地面建筑一体化地铁车站结构地震响应分析

为了研究邻近地面建筑一体化地铁车站结构地震响应特性,基于ABAQUS软件建立了地铁地下车站-土-邻近地面建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,利用典型的近、远场地震动记录,计算分析了邻近地面建筑一体化地铁车站结构的地震响应规律及空间效应.结果表明,邻近地面建筑一体化结构兼备地铁地下车站结构和地上结构2种结构特性,原有单体结构的动力特性和反应发生了改变;邻近地面建筑一体化结构受地震波频谱特性的影响显著,其中,体系基频附近能量分布相对集中的地震波能够对一体化地铁车站结构的地震响应产生显著的影响;邻近地面建筑一体化地铁车站结构具有明显的空间效应,应该按照空间问题进行一体化地铁车站结构的抗震计算;受地面建筑的影响,一体化地铁车站中柱出现了扭矩,在进行一体化车站结构中柱抗震设计时,应考虑轴力、剪力、弯矩和扭矩的共同作用.研究成果对该类结构的抗震设计与分析具有一定的参考意义.     

地铁车辆运行对周围土体与建筑影响的研究

随着中国交通建设的发展,地铁成为城市交通最重要的交通工具之一。地铁运营期间,车辆运行产生的动荷载造成临近土体与建筑物沉降,影响地铁的安全运行以及地铁沿线构筑物的正常使用。文章以数波叠加形式的激振力函数表示列车荷载,采用Plaxis3D软件建立模型,分别对不同隧道埋深、隧道与建筑物水平距离、建筑物荷载3种工况进行模拟分析,研究地铁车辆运行对周围土体与建筑的影响。结果表明:隧道下方土体沉降随着动力时间的增加而增大,其增加速率逐渐减小,影响范围在隧道下方-5 m范围内;地表建筑物沉降随水平距离增加而增大,在一定区域内出现振动响应局部放大现象;隧道埋深-11 m时,随深度的增加,地表沉降值变化较小;建筑物荷载对地表沉降有约束作用,但改变荷载大小后该约束作用变化较小。     

城市交通诱发结构二次振动分析与数值模拟

为了研究结构二次振动的振动特点及发生机理,建立了理论分析模型,并推导了运动方程.分析结果表明,结构二次振动实质为结构内部构件与外部激励中的与其自振频率相近频段发生的共振反应,框架结构的二次振动主要表现为楼板和梁等结构构件与外部激励的谐振.结合工程实际,通过数值模拟分析了一栋7层框架结构分别在高架路、地铁和轻轨交通诱发地面振动激励下的二次振动响应,验证了提出的理论模型和分析的正确性.     

轨道结构参数对地铁引起地面环境振动特性的影响分析

分别采用有限元和现场试验方法,研究了在短波不平顺条件下,轨道结构参数变化对地铁列车引起地面环境振动特性的影响。结果表明:地铁列车引起的地面环境振动总体上由波长为0.3~1.0 m的短波不平顺所引起,减小扣件刚度和增大轨枕质量可以分别在50~100 Hz和30~100 Hz范围内减小地面振动水平,减小道床支承刚度可在20~100 Hz范围内有效减小地面环境振动水平约13.5 dB,但会导致地面环境振动水平在某些频率上出现增大。     

城市轨道交通高架桥影响下的多层建筑振动特性分析

为探究城市轨道交通沿线的多层建筑在列车通过时的振动特性,以某一城市轨道交通高架桥旁的一栋4层楼建筑为研究对象,通过对每一楼层同时进行振动测试,然后采用线性计权及Z计权方式对各楼层的振动特性进行分析,并分析了分别采用两种这计权方式时,特征频率下振动的传递特性,最后,利用有限元分析软件ABAQUS建立模型,进行了模态分析,找出了建筑物振动峰值出现在4楼的原因。结果表明,在线性计权及Z计权下,4个楼层的全局峰值均出现在50~63 Hz频率范围内;振动从1楼至4楼的传递过程中,中心频率为50 Hz和63 Hz频率段的振动加速度级均呈现先减小后增大的趋势,在2楼处达到最小,在4楼处达到最大;模态分析表明,在列车经过时,在频率为63 Hz时,4楼发生了共振现象,故其振动最为明显。     

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270 km/h的高速列车产生的环境振动频率主要集中在25~60 Hz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70.62 dB,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92.0 dB,而建筑物分频振级最大值仅为80 dB;高速铁路环境噪声值高达92.8 dB,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。     

机械振动引起的高层建筑共振与减振响应实测

对某经常出现明显水平振动的13层住宅楼进行测试. 由楼层加速度时程计算得到1/3倍频程谱和振动计权加速度级,评价各楼层的人体舒适度,利用频域分解法识别得到结构的动力特性. 通过振源排查,鉴定该楼周边采石场锯石机的工作频率1.5 Hz与结构基本自振频率相同而发生共振. 测试机器工作台数对结构响应的影响,发现距结构约200 m的采石场4台机器同时工作会导致结构振动超限. 距该采石场约500 m的另一住宅楼的实测共振响应减小. 对锯石机安装变频器作为减振措施,测试机器以1.33和1.2 Hz工作时结构的响应,减振效果明显. 结果表明,振源强度、振源与结构间距、振源与结构频率接近程度是影响外部单一频率激励引起的结构共振响应是否超限的关键因素.     

地铁车辆段上盖建筑道砟垫减振机理与效果

为了分析道砟垫对上盖建筑的减振效果,对杭州市某地铁车辆段咽喉区、试车线碎石道床(含道砟垫)轨道和上盖建筑振动响应进行现场测试.考虑桩与土体的相互作用,建立列车-轨道-土体-桩-上盖建筑三维全耦合动力学模型,揭示了车辆段列车引起上盖建筑振动传播的规律以及道砟垫对上盖建筑减振的机理,分析不同车速下道砟垫刚度对减振效果的影响.结果发现,上盖建筑底层振动主频为40～80 Hz,高频成分随着层高衰减明显;建筑顶层振动主频为20～40 Hz,低频成分随着层高有增大的趋势.道砟垫对上盖建筑的减振效果随着频率的增大呈整体改善的趋势,40 Hz以上的频段,结构最大插入损失可达7～12 dB.车速越高,道砟垫刚度越小,道砟垫对上盖建筑的减振效果越好.综合考虑道砟垫压缩量和减振效果,建议道砟垫刚度取值为0.012～0.024 N/mm³.     

交通荷载作用下钢弹簧浮置板隔振道路设计参数研究

为降低城区道路汽车荷载对建筑结构的振动影响,设计一种新型钢弹簧浮置板隔振道路,对浮置板的动力学设计参数进行研究。在浮置板缩尺模型有限元试验验证的基础上,选取浮置板长度、厚度、弹簧刚度、弹簧支承间距4个参数及不同水平值,进行正交试验,建立81个样本的三维有限元模型。采用模态分析法,研究各参数对浮置板固有频率和振型的影响;实测交通荷载激励,分析激励作用下浮置板结构在时域和频域的响应,并通过Z振级和插入损失探讨浮置板结构各参数的减振效果。结果表明：各样本基频主要分布在4~10 Hz之间,基频直接影响钢弹簧浮置板的隔振性能;随着浮置板长度的减小、厚度的增大、弹簧刚度的减小、支承间距的增大,浮置板结构的隔振效果明显提高;交通荷载激励下,浮置板结构振动放大频段位于基频附近及14~18 Hz范围;VL_z振级在0~18 Hz范围内随频率增大而增大,之后随频率增大而降低,但未超过72 dB;对于0~40 Hz范围内的振动响应,样本最大减振量为40.6 dB,基频处放大量最大为17.4 dB。     

城市地铁TBM隧道掘进诱发既有建筑物变形的空间属性效应

针对城市地铁全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)隧道掘进诱发既有建筑物沉降变形的问题,考虑隧道下穿城市建筑物群实际工况的复杂性,以青岛地铁1号线小北区间段硬岩地层TBM隧道掘进下穿既有建筑物群为实际工程背景,采用数值计算分析方法,建立TBM隧道掘进连续下穿多座既有建筑物的三维力学计...     

盾构施工过程诱发振动振源特性

以北京地铁某线区间盾构隧道为背景,结合现场调查和初步实测,识别出盾构施工诱发振动的主要振源为刀盘与地层相互作用、渣土/管片运输车辆、盾构内部设备引起的振动.通过现场实测与数值模拟分别对振源的特性展开研究,结果表明:刀盘掘进诱发振动频带较宽,主频主要集中于20~90 Hz;后配套车信号振动幅值较小,幅值较大的频带带宽为0~20 Hz;运输车由于临时轨道均直接与隧道结构接触并相互作用,使得中高频未得到衰减,幅值较大频率主要集中于70~90 Hz,振动传至地表后主频衰减至20 Hz以下,振动影响范围主要为隧道中线15 m范围内.研究结果对北京、成都、沈阳等砂卵石地层盾构施工所诱发振动具有借鉴作用.