列車引發(fā)建筑物振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試1.doc

精品論文推薦列車引發(fā)建筑物振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法對(duì)鐵路線附近建筑物的振動(dòng)特性、建筑物振動(dòng)的傳播規(guī)律及其 影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：列車引發(fā)的建筑物振動(dòng)屬于低頻振動(dòng)，建筑物結(jié)構(gòu)對(duì)高頻振動(dòng)具有衰減的作用；振動(dòng)隨列車速度的提升而增大，隨列車編組的加長(zhǎng)而增大，隨列車軸 重的增加而增大；建筑物的振動(dòng)水平隨樓層的上升呈曲折分布。關(guān)鍵詞：列車；建筑物振動(dòng)；振動(dòng)特性；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 中圖分類號(hào): u233；tu473隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人口數(shù)量逐漸攀升，人們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)也日 趨活躍，而所有這一切都給交通運(yùn)輸帶來(lái)了巨大的壓力，從而促使其不斷向高速、重載、大 運(yùn)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(shí)、舒適、方便、快捷等獨(dú)特的 優(yōu)勢(shì)，已成為國(guó)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(qiáng)振動(dòng)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(lái)越多的輕質(zhì)高強(qiáng)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(dòng)的影響，從而導(dǎo)致交通系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響也越來(lái)越嚴(yán)重。當(dāng)?shù)孛媪熊囃ㄟ^(guò)時(shí)，車輪與軌道之間的作用將導(dǎo)致振動(dòng)產(chǎn)生，這些振動(dòng)通過(guò)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(dòng)傳播到鄰近的建筑物內(nèi)時(shí)，建筑物中的居民可能 會(huì)感覺(jué)到樓板或墻的振動(dòng)、聽(tīng)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(dòng)等。這種振動(dòng)頻繁的發(fā)生以及長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)會(huì)對(duì)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(jì)算機(jī)芯片的生產(chǎn)、激光 制版、精密手術(shù)的實(shí)施等)。文獻(xiàn)15敘述了世界各地由于列車引發(fā)的環(huán)境振動(dòng)所產(chǎn)生的各種惡劣的振動(dòng)污染情況， 文獻(xiàn)612分別從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、理論研究和數(shù)值分析等方面針對(duì)運(yùn)行列車引發(fā)的地面及低層或多層建筑物的振動(dòng)影響進(jìn)行了分析。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和數(shù)值分析的方法對(duì)列車荷載下建筑物 的振動(dòng)特性進(jìn)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(jì)提供一定的參考。1. 列車引發(fā)建筑物振動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試1.1試驗(yàn)場(chǎng)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(dòng)的干擾，為了研究列車荷載作用下建筑物的振動(dòng)特性， 選擇該小區(qū)緊靠滬寧線一側(cè)的四號(hào)樓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（圖 1、2）。四號(hào)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(hào)樓每層有 3 個(gè)單元，每個(gè)單元中有 3 套住房，每個(gè)單元有兩座電梯和一座樓梯；四號(hào)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(zhǎng) 56 米；四號(hào)樓1 *國(guó)家 973 計(jì)劃（2007cb4166 07）；國(guó)家自然科學(xué)基金（50568002）。- 6 -總長(zhǎng) 58.5 米，寬 21 米。圖 1 “香溢花城”四號(hào)樓外觀圖 2 從樓上俯瞰滬寧鐵路測(cè)試中對(duì)1-27層隔層同時(shí)布置9818型加速度傳感器（圖3），各樓層的測(cè)點(diǎn)均選取在房 間樓面中央處。該地段滬寧線有4條運(yùn)營(yíng)中的軌道線，見(jiàn)圖4的平面示意圖。圖 3 9818 型加速度傳感器圖 4 測(cè)點(diǎn)布置圖1.2列車荷載情況試驗(yàn)荷載為現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)的客運(yùn)列車，實(shí)測(cè)車速范圍為40120km/h。列車荷載數(shù)據(jù)見(jiàn)表1， 試驗(yàn)中共測(cè)得20組有關(guān)地面振動(dòng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的列車荷載數(shù)據(jù)編號(hào)機(jī)車節(jié)數(shù)車速荷載 線路類型（節(jié)） （km/h）情況編號(hào)機(jī)車節(jié)數(shù)車速荷載 線路類型（節(jié)）（km/h）情況12345678910ss204041 動(dòng)+19 拖df 19 85 31 動(dòng)+18 拖 crh2 16 105 4 8 動(dòng)+8 拖 df18 41 11 動(dòng)+17 拖 ss 187231 動(dòng)+17 拖 df20 76 21 動(dòng)+19 拖 df20 61 31 動(dòng)+19 拖 df17 65 41 動(dòng)+16 拖 df20 52 31 動(dòng)+19 拖 ss 207931 動(dòng)+19 拖11121314151617181920df146541 動(dòng)+13 拖ss18 61 41 動(dòng)+17 拖 crh2 8 78 4 4 動(dòng)+4 拖 df148111 動(dòng)+13 拖 crh2 8 108 4 4 動(dòng)+4 拖 crh216 112 3 8 動(dòng)+8 拖 crh2 8 120 4 4 動(dòng)+4 拖 crh216 116 4 8 動(dòng)+8 拖 df146231 動(dòng)+13 拖 crh2 8 111 3 4 動(dòng)+4 拖1.3樓板振動(dòng)加速度的頻譜分析選取表1中的第15組試驗(yàn)的加速度數(shù)據(jù)來(lái)分析建筑物樓板振動(dòng)的頻譜特性。圖5、圖6分 別示出了四號(hào)樓1樓和27樓的豎向振動(dòng)的加速度頻譜曲線。從圖中可以明顯地看出運(yùn)行列車 荷載作用下建筑物樓板的豎向振動(dòng)頻率都主要集中020hz的范圍內(nèi)，均屬于低頻振動(dòng)。圖 5 測(cè)點(diǎn) 1（第 1 層）垂向加速度頻譜曲線圖 6 測(cè)點(diǎn) 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(dòng)中貢獻(xiàn)比較大的三個(gè)主頻分別為9.3hz、17.3hz 和18.9hz。而二十七樓樓板豎向振動(dòng)的主頻變成了7.7hz 和9.0hz，高頻成分所起的 貢獻(xiàn)就比較小了，這說(shuō)明建筑物振動(dòng)在從底層到高層的傳播過(guò)程中，建筑物結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)中的 高頻分量起到了濾波作用。1.4 地面振動(dòng)vlz振級(jí)的變化特性除了用加速度作為建筑物振動(dòng)的評(píng)價(jià)量外，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 iso2631/2 和我國(guó)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)測(cè)量方法(gb10071-88)規(guī)定環(huán)境振動(dòng)采用 vlz 振級(jí)(單位：db) 進(jìn)行評(píng)價(jià)，其定義 vlz 振級(jí)的計(jì)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(dòng)加速度有效值，可以通過(guò)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(dòng)加速度的感覺(jué)修正值，具體取值可 參考文獻(xiàn)13。對(duì)實(shí)測(cè)的20組測(cè)試速度數(shù)據(jù)進(jìn)行微分轉(zhuǎn)換為加速度，再進(jìn)行分析整理，可得到建筑物樓板振動(dòng)加速度級(jí)隨樓層的變化呈折線變化的趨勢(shì)，見(jiàn)圖7。同時(shí)，從中選取部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行組 合，可以比較在不同機(jī)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(cè)點(diǎn)的 vlz振級(jí)，如圖810所示。圖 7 20 趟列車引起的建筑物振動(dòng)等級(jí)及其均值圖 8 不同機(jī)車牽引類型對(duì)建筑物 vlz 的影響圖 9 不同編組情況的內(nèi)燃機(jī)車經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)建筑物 vlz 的影響圖 10 以不同行車速度的內(nèi)燃機(jī)車經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)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(dòng)隨樓層增高并不是單純的增大或減小，列車的運(yùn)行速度、編組以及軸重都會(huì)對(duì)建筑物樓板的振動(dòng)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(jī)車、電力機(jī)車和動(dòng)車組不同的牽引類型作用下，列車荷載都會(huì)對(duì)地面振動(dòng) 產(chǎn)生不同程度的影響,在幾乎相同行駛速度（v=80km/h）時(shí)，內(nèi)燃機(jī)車所引發(fā)大地的振動(dòng)水 平最大，電力機(jī)車次之，而動(dòng)車組由于采用了動(dòng)力分散牽引方式，所引發(fā)的振動(dòng)最小；圖 9 表明，在牽引類型同為 df 內(nèi)燃機(jī)車的條件下，列車引發(fā)的建筑物振動(dòng)與列車編組有關(guān)，列 車編組越長(zhǎng)，軌道的持續(xù)振動(dòng)時(shí)間就越長(zhǎng)，所引發(fā)的建筑物振動(dòng)就越大；同樣圖 10 表明， 在牽引類型同為 df 內(nèi)燃機(jī)車的條件下，列車引發(fā)的建筑物振動(dòng)與列車行駛速度有關(guān)，列車 行駛速度越大，列車對(duì)軌道的沖擊就越強(qiáng)烈，所引發(fā)的建筑物振動(dòng)就越大。2. 結(jié)論列車對(duì)建筑物振動(dòng)的影響是比較復(fù)雜的，對(duì)其規(guī)律的認(rèn)識(shí)是和掌握還需要進(jìn)行大量的現(xiàn) 場(chǎng)試驗(yàn)研究。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(dòng)屬于低頻振動(dòng)，其主要頻率集中在小于30hz的范圍內(nèi)； (2) 建筑物的振級(jí)隨樓層的增加呈現(xiàn)折線變化的趨勢(shì)，樓層振動(dòng)的傳遞存在拐點(diǎn)； (3) 在低速范圍內(nèi)，建筑物內(nèi)的振級(jí)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(dòng)與列車編組有關(guān)，列車編組越長(zhǎng)，軌道的持續(xù)振動(dòng)時(shí)間就越 長(zhǎng)，所引發(fā)的建筑物振動(dòng)就越大；(5) 建筑物各樓層的振動(dòng)基本上是隨列車軸重的增大而增大；參考文獻(xiàn)1 ma jun. 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