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地铁引起环境振动及房屋浮置楼板隔振研究

李守继  
【摘要】: 近来年,一方面,由于地铁交通的大力发展,地铁距建筑物越来越近,有的就在建筑物正下方运行;另一方面,由于人们生活水平的提高、精密仪器的灵敏度和精度越来越高,对振动的限制越来越严格。因此,地铁引起环境振动问题越来越突出,研究地铁引起环境振动及隔振问题具有重要的理论意义和工程应用价值。本文结合同济大学建筑设计研究院设计的上海音乐学院拟建项目,对地铁引起环境振动及房屋浮置楼板隔振等若干问题进行了研究,主要包括以下几个方面的内容: 1.振动对环境特别是对人的影响,不仅与振动强度大小有关,而且与振动的频率、方向和暴露时间等有关,因此,研究了由加速度时程,获得其对应分频值,即1/3倍频程中心频率对应加速度值的方法。评价振动对环境的影响,必然需要一定的标准,因此系统研究了有关振动评价标准,进而提出频域内振动评价国家标准的应用方法。 2.列车运行作用在轨道上的力可分解为常值的拟静力和轮轨动接触力,前者是由于列车重量引起,后者是由于道床不均匀、轨道不平顺和车体自身振动等引起。本文采用理论方法计算列车运行引起环境振动的振源竖向振动加速度,并将计算结果与实测值进行比较分析,两者基本吻合。列车引起环境振动的振源振动主要由轮轨动接触力和轨道不平顺引起,拟静力引起的振动很小。 3.传统的振动信号分析,一般采用Fourier谱分析方法,Fourier谱分析主要适用于线性平稳信号,由于地铁列车质量和运行速度等的不确定性、振源(列车-轨道-路基系统)机理和振动传播途径(地基土等)的复杂性以及地面背景振动的干扰,地铁引起地面振动并非严格意义上的线性平稳信号。利用适用范围更宽,可用于非平稳信号分析的正交Hilbert-Huang变换,对实际量测的地铁引起地面振动信号进行分析,研究地铁引起地面振动的频谱特性,并与Fourier谱进行比较。利用Hilbert边际谱计算分析纯粹地铁引起地面振动的频谱特性。 4.基于有限元方法计算分析地铁引起地面振动及其衰减规律时,考虑土体等复杂结构,受到频率分布较广及高频振动激励,将产生复杂的拍现象。采用多个控制频率来确定阻尼比,从而使振动在整个频率范围内的阻尼比与事先确定的控制阻尼比之差满足要求,进而建立Caughey阻尼模型,利用该模型计算土体的动响应,并与按Rayleigh阻尼模型的计算结果进行比较。结果表明,按Rayleigh阻尼模型算得的系统振动响应偏小。 5.比较利用平面和空间两种模型计算框架结构房屋在地铁引起地面竖向振动作用下的响应,两模型的计算结果基本一致。为避免采用如“轨道道床-地基土-地面建筑物”等整体模型时,由于地基土的复杂性和不确定性等所带来的误差,利用容易量测的地铁运行时地铁隧道附近地面振动加速度时程,作为输入激励,计算比较在多种激励、Caughey阻尼和Rayleigh阻尼模型情况下,结构的振动响应。利用国家标准及其前述应用方法对地铁引起房屋振动进行评价,并考察行波效应和两种阻尼对计算结构振动响应的影响。 6.对于地铁引起的高频振动,由单自由度入手,计算分析钢弹簧隔振的特点。利用Caughey阻尼和Rayleigh阻尼模型计算地铁引起浮置楼板的振动响应,进而评价浮置楼板的隔振效果。


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