列车运行引起下沉式车辆段及上盖建筑振动特性与预测分析

【摘要】：地铁是城市的一种重要的交通工具之一,由于它的快捷、便利、大运量、高效率和不受交通因素影响等优点,深受人们的欢迎,对于缓解交通压力和方便居民出行发挥重要作用。下沉式车辆段作为一种新型的地铁车辆段形式是指将停车场、车辆段等车辆段的主体结构建设在地下,不占用上部地面空间。与之典型的地面式地铁车辆段对比,下沉式车辆段的振动问题尤为突出,影响建筑物的工作性能。本文围绕下沉式车辆段引起的环境振动问题,通过现场实测的方法系统地研究了其振动特性和传播规律,并通过建立精细化动力分析模型,对列车振动在下沉式车辆段新型结构的传递进行分析研究,并对其上盖建筑振动进行预测和评价,为今后下沉式车辆段振动预测、舒适度评价和减振提供指导意义。主要研究如下:(1)根据车辆段列车回场和发车时间,对其进行比较分析,确定了适合本文的评价标准。首先采用JGJ/T 170-2009《城市轨道交通引起建筑物振动与二次辐射噪声限值及其测量》中2类混合区、商业中心区夜间的标准对Z级进行评价。然后依据GB/T 50355-2018《住宅建筑室内振动限值及其测量方法标准》夜间1级限值对盖板振动进行评价。(2)对下沉式车辆段库内线和咽喉区(非岔区)区域进行现场实测,分析车辆段不同位置振源特性及舒适度分析。实测数据表明:库内线负一层工况钢轨振动响应大于负二层。咽喉区(非岔区)钢轨水平向振动加速度峰值明显大于库内线区域。列车运行引起板跨中的垂向加速度最大,以板跨中垂向振动响应作为舒适度评价是最合理的。(3)建立轨道-下沉式车辆段-大地有限元模型。确定了模型的边界条件和阻尼参数,给出了荷载模拟方法和加载方式,并提取模型中盖板处振动加速度与实测进行对比分析,验证了模型的可行性。(4)采用建立有限元模型模拟列车运行工况,得出结论如下:盖板上测点振动能量集中在5～50Hz,随距列车通过轨道距离增大,各个频段均有衰减;列车负一层通过时,盖板处的振动加速度级在全频段区域内大于负二层。当负二层通过时,对比负二层、盖板和负一层测点,在12.5～100Hz频段范围内振动衰减明显,下沉式车辆段横向振动传递和层间振动衰减有较大区别。(5)对下沉式车辆段进行舒适度评价和振动能量分析,得出以下结论:负一层通过时,盖板测点在5～8Hz频段范围内超限,在距离列车通过轨道40m范围内超过规范限定要求;负二层通过时,盖板上距离列车运行轨道7m远处满足规范限定要求。距列车通过轨道距离增大盖板上的Z振级减小,立柱处Z振级大于附近区域。Z振级在纵断面呈现出向四周辐射衰减的趋势,向车辆段下方衰减明显快于上方。在12.5～200Hz范围内上立柱振动加速度级明显大于下立柱。(6)考虑到下沉式车辆段列车负一层通过振动超标问题进行减振分析,得到以下结论:在下沉式车辆段库内线区段降低列车通过时运行速度和采用减振扣件的减振措施效果不理想,未达到预期目标。(7)建立大地-下沉式车辆段-上盖建筑有限元模型对列车运行引起上盖建筑物振动进行预测分析,得出以下结论:在未隔振工况下,随着楼层的增加,加速度峰值不断减小,当达到一定高度后,楼层的振动响应在时域上基本一致,动加速度峰值变化较小。振动在建筑物由下向上传递过程中,10～40Hz的高频振动衰减明显,0～10Hz范围的低频振动衰减较小。基础隔振支座的隔振效率与支座的竖向刚度有关,刚度越小,隔振效果越好,刚度增加到一定数值后,隔振层将失去隔振性能。隔振层在有效降低各个频段振动响应时,对低频振动衰减减小,会使得在建筑物高层产生低频振动放大的现象,建筑物底层向高层Z振级变化规律为先减小后增加,约在建筑物3/5高度处为Z振级最低点。