列車引發(fā)建筑物振動的現(xiàn)場測試1.docVIP

精品論文推薦列車引發(fā)建筑物振動的現(xiàn)場測試1馮 牧華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，南昌（330013)email：摘要：通過現(xiàn)場測試的方法對鐵路線附近建筑物的振動特性、建筑物振動的傳播規(guī)律及其 影響因素進行了研究。結(jié)果表明：列車引發(fā)的建筑物振動屬于低頻振動，建筑物結(jié)構(gòu)對高頻振動具有衰減的作用；振動隨列車速度的提升而增大，隨列車編組的加長而增大，隨列車軸 重的增加而增大；建筑物的振動水平隨樓層的上升呈曲折分布。關(guān)鍵詞：列車；建筑物振動；振動特性；現(xiàn)場測試 中圖分類號: u233；tu473隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，人口數(shù)量逐漸攀升，人們的經(jīng)濟活動也日 趨活躍，而所有這一切都給交通運輸帶來了巨大的壓力，從而促使其不斷向高速、重載、大 運量和高密度方向發(fā)展。城市軌道交通系統(tǒng)依靠其安全、準(zhǔn)時、舒適、方便、快捷等獨特的 優(yōu)勢，已成為國內(nèi)外大中城市和地區(qū)解決城市交通壓力的有效措施。但是隨著軌道交通線路 密度以及城市中的建筑密度的不斷增大，這就不可避免地產(chǎn)生了在鐵路、道路、高架橋周邊 等有著較強振動影響的地帶出現(xiàn)建筑物區(qū)域的現(xiàn)狀，而且由于現(xiàn)代建材及施工技術(shù)的發(fā)展， 越來越多的輕質(zhì)高強的材料被使用，這樣往往使建筑物具有的阻尼和固有頻率都較低，更容 易受到地面振動的影響，從而導(dǎo)致交通系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動對周邊環(huán)境的影響也越來越嚴(yán)重。當(dāng)?shù)孛媪熊囃ㄟ^時，車輪與軌道之間的作用將導(dǎo)致振動產(chǎn)生，這些振動通過路基結(jié)構(gòu) 傳遞到周圍土層并向四周繼續(xù)傳播，當(dāng)振動傳播到鄰近的建筑物內(nèi)時，建筑物中的居民可能 會感覺到樓板或墻的振動、聽到窗戶或家具玻璃發(fā)出的咔嗒聲、發(fā)現(xiàn)放在架子上或懸掛在墻 上或天花板上的物品的晃動等。這種振動頻繁的發(fā)生以及長時間的持續(xù)會對建筑物內(nèi)人們的 正常生活、學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾(例如影響高新技術(shù)產(chǎn)品如計算機芯片的生產(chǎn)、激光 制版、精密手術(shù)的實施等)。文獻15敘述了世界各地由于列車引發(fā)的環(huán)境振動所產(chǎn)生的各種惡劣的振動污染情況， 文獻612分別從現(xiàn)場實測、理論研究和數(shù)值分析等方面針對運行列車引發(fā)的地面及低層或多層建筑物的振動影響進行了分析。本文通過現(xiàn)場測試和數(shù)值分析的方法對列車荷載下建筑物 的振動特性進行了研究，總結(jié)了列車速度、列車編組、列車軸重、建筑物到軌道中心線距離、 建筑物結(jié)構(gòu)形式等因素的影響規(guī)律，研究成果可為鐵路線路的規(guī)劃設(shè)計提供一定的參考。1. 列車引發(fā)建筑物振動的現(xiàn)場測試1.1試驗場地和加速度傳感器的布置上海普陀區(qū)“香溢花城”小區(qū)緊鄰滬寧鐵路 ，距離軌道中心線最小距離為 24m，小區(qū)內(nèi) 居民生活很有可能受到鐵路環(huán)境振動的干擾，為了研究列車荷載作用下建筑物的振動特性， 選擇該小區(qū)緊靠滬寧線一側(cè)的四號樓進行現(xiàn)場測試（圖 1、2）。四號樓的結(jié)構(gòu)形式為全剪 力墻形式，地上部分共 32 層，建筑物每層高 3 米，建筑物頂部有兩座 6 米高的“空中花園”； 四號樓每層有 3 個單元，每個單元中有 3 套住房，每個單元有兩座電梯和一座樓梯；四號樓 有一層地下室高度為 3.6 米；建筑物的樁基礎(chǔ)采用 800 的鉆孔灌注樁，樁長 56 米；四號樓1 *國家 973 計劃（2007cb4166 07）；國家自然科學(xué)基金（50568002）。- 6 -總長 58.5 米，寬 21 米。圖 1 “香溢花城”四號樓外觀圖 2 從樓上俯瞰滬寧鐵路測試中對1-27層隔層同時布置9818型加速度傳感器（圖3），各樓層的測點均選取在房 間樓面中央處。該地段滬寧線有4條運營中的軌道線，見圖4的平面示意圖。圖 3 9818 型加速度傳感器圖 4 測點布置圖1.2列車荷載情況試驗荷載為現(xiàn)場通過的客運列車，實測車速范圍為40120km/h。列車荷載數(shù)據(jù)見表1， 試驗中共測得20組有關(guān)地面振動的試驗數(shù)據(jù)。表1 現(xiàn)場試驗中的列車荷載數(shù)據(jù)編號機車節(jié)數(shù)車速荷載 線路類型（節(jié)） （km/h）情況編號機車節(jié)數(shù)車速荷載 線路類型（節(jié)）（km/h）情況12345678910ss204041 動+19 拖df 19 85 31 動+18 拖 crh2 16 105 4 8 動+8 拖 df18 41 11 動+17 拖 ss 187231 動+17 拖 df20 76 21 動+19 拖 df20 61 31 動+19 拖 df17 65 41 動+16 拖 df20 52 31 動+19 拖 ss 207931 動+19 拖11121314151617181920df146541 動+13 拖ss18 61 41 動+17 拖 crh2 8 78 4 4 動+4 拖 df148111 動+13 拖 crh2 8 108 4 4 動+4 拖 crh216 112 3 8 動+8 拖 crh2 8 120 4 4 動+4 拖 crh216 116 4 8 動+8 拖 df146231 動+13 拖 crh2 8 111 3 4 動+4 拖1.3樓板振動加速度的頻譜分析選取表1中的第15組試驗的加速度數(shù)據(jù)來分析建筑物樓板振動的頻譜特性。圖5、圖6分 別示出了四號樓1樓和27樓的豎向振動的加速度頻譜曲線。從圖中可以明顯地看出運行列車 荷載作用下建筑物樓板的豎向振動頻率都主要集中020hz的范圍內(nèi)，均屬于低頻振動。圖 5 測點 1（第 1 層）垂向加速度頻譜曲線圖 6 測點 14（第 27 層）垂向加速度頻譜曲線從頻譜圖的峰值可看出一樓樓板豎向振動中貢獻比較大的三個主頻分別為9.3hz、17.3hz 和18.9hz。而二十七樓樓板豎向振動的主頻變成了7.7hz 和9.0hz，高頻成分所起的 貢獻就比較小了，這說明建筑物振動在從底層到高層的傳播過程中，建筑物結(jié)構(gòu)對振動中的 高頻分量起到了濾波作用。1.4 地面振動vlz振級的變化特性除了用加速度作為建筑物振動的評價量外，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 iso2631/2 和我國國家 標(biāo)準(zhǔn)城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法(gb10071-88)規(guī)定環(huán)境振動采用 vlz 振級(單位：db) 進行評價，其定義 vlz 振級的計算公式為:rms0vlz = 20 lg(a/ a ) (1)rms式中：a0為基準(zhǔn)加速度，一般取值為10-6m/s2，而 a振動加速度有效值，可以通過式a=arms2frms100.1c f (2)式中：a frms 表示頻率為f的加速度有效值；c f 為振動加速度的感覺修正值，具體取值可 參考文獻13。對實測的20組測試速度數(shù)據(jù)進行微分轉(zhuǎn)換為加速度，再進行分析整理，可得到建筑物樓板振動加速度級隨樓層的變化呈折線變化的趨勢，見圖7。同時，從中選取部分?jǐn)?shù)據(jù)進行組 合，可以比較在不同機車類型、不同編組情況和不同行車速度作用下建筑物各樓板測點的 vlz振級，如圖810所示。圖 7 20 趟列車引起的建筑物振動等級及其均值圖 8 不同機車牽引類型對建筑物 vlz 的影響圖 9 不同編組情況的內(nèi)燃機車經(jīng)過時對建筑物 vlz 的影響圖 10 以不同行車速度的內(nèi)燃機車經(jīng)過時對建筑物 vlz 的影響從圖 7 中折線的多樣性可直觀看出樓板振動隨樓層增高并不是單純的增大或減小，列車的運行速度、編組以及軸重都會對建筑物樓板的振動產(chǎn)生不同程度的影響。而從圖 8 中可直 觀看出，在內(nèi)燃機車、電力機車和動車組不同的牽引類型作用下，列車荷載都會對地面振動 產(chǎn)生不同程度的影響,在幾乎相同行駛速度（v=80km/h）時，內(nèi)燃機車所引發(fā)大地的振動水 平最大，電力機車次之，而動車組由于采用了動力分散牽引方式，所引發(fā)的振動最小；圖 9 表明，在牽引類型同為 df 內(nèi)燃機車的條件下，列車引發(fā)的建筑物振動與列車編組有關(guān)，列 車編組越長，軌道的持續(xù)振動時間就越長，所引發(fā)的建筑物振動就越大；同樣圖 10 表明， 在牽引類型同為 df 內(nèi)燃機車的條件下，列車引發(fā)的建筑物振動與列車行駛速度有關(guān)，列車 行駛速度越大，列車對軌道的沖擊就越強烈，所引發(fā)的建筑物振動就越大。2. 結(jié)論列車對建筑物振動的影響是比較復(fù)雜的，對其規(guī)律的認(rèn)識是和掌握還需要進行大量的現(xiàn) 場試驗研究。本文通過現(xiàn)場測試得出了下面的一些結(jié)論可供參考：(1) 列車引發(fā)的建筑物振動屬于低頻振動，其主要頻率集中在小于30hz的范圍內(nèi)； (2) 建筑物的振級隨樓層的增加呈現(xiàn)折線變化的趨勢，樓層振動的傳遞存在拐點； (3) 在低速范圍內(nèi)，建筑物內(nèi)的振級是隨著列車速度的增加而增大的；(4) 列車引發(fā)的建筑物振動與列車編組有關(guān)，列車編組越長，軌道的持續(xù)振動時間就越 長，所引發(fā)的建筑物振動就越大；(5) 建筑物各樓層的振動基本上是隨列車軸重的增大而增大；參考文獻1 ma jun. present status and propagation laws of environmental vibrations induced by railway in chinaj.chinaenvironmental science, 1987, 7(5): 7074.2 夏禾, 吳萱, 于大明. 城市軌道交通系統(tǒng)引起的環(huán)境振動問題n. 北方交通大學(xué)學(xué)報, 1999, 4: 28323 曹國輝, 方志. 地鐵運行引起房屋振動的研究j. 工業(yè)建筑, 2003, 12: 1925.4 bata m. effects on buildings of vibrations caused by trafficj. building science, 1971, 6:221246. 5 公害防止技街法規(guī)編輯委員會, 公害防止技衍法規(guī)振動篇r, 執(zhí)善株式會社, 1984.6 江島淳. 地盤振動對策基礎(chǔ)法令交通建設(shè)振動m. 東京: 吉井書店, 1982.111122.7 jones, c. j. c. use of numerical models to determine the 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track-line induced by moving trains are studied. the results show that the structural vibrations are of low-frequency characteristic; and the structures have attenuating functions to the high-frequency vibrations. higher train speed, lengthen the length o