基于脉冲激励的地铁运营引起邻近建筑物内振动预测方法

根据振动系统传递特性,提出一种新的环境振动预测方法——实测脉冲传递函数预测方法。通过脉冲试验测得振源与邻近建筑物内测点的振动加速度,计算得到振动系统的振动响应传递函数;将实测的地铁运营振源的振动加速度代入传递函数公式,实现对建筑物内测点的振动加速度时程、频谱、1/3倍频程和z振级的预测。应用该方法预测隧道中心楼内测点振动加速度结果表明:隧道结构与隧道中心楼内测点振动加速度传递函数峰值频段为30～50Hz,隧道中心楼内振动加速度峰值频段为40～60Hz;土层和隧道中心楼基础结构对60Hz以上频段的振动具有很强的衰减作用,楼房基础结构有效地隔断了70Hz以上的高频振动。该方法可用于预测地铁运营引起的建筑物内振动。     

地铁交通引起环境振动传递特性试验研究

地铁运营引起的环境振动问题越来越受到人们的关注,如何在频域内准确预测地铁交通引起的环境振动特性是一个亟待解决的难题;通过实验室锤击激励试验和数值模拟试验,对不同振源特性下隧道-地层-建筑物振动传播体系的传递特性进行研究。结果表明:隧道-地层/建筑物体系的传递率函数是传递系统的固有特性,与振源的幅值大小、幅频特性等因素无关;可以采用多点锤击激励激起的隧道-地层体系的传递率函数代替地铁列车运行引起的隧道-地层体系的传递率函数;基于锤击激励试验的地铁环境振动响应传递率函数预测方法可以实现时域和频域内准确定量预测地铁交通引起的环境振动响应。     

基于脉冲试验的地铁环境振动响应传递函数预测方法研究

地铁运营引起的建筑物内振动,若对其不加防护,将影响人们的生活和工作,干扰精密仪器的正常运行,造成古建筑物的损伤;准确地预测地铁运营引起的环境振动,是解决这一问题的关键.因此,依托国家自然科学基金资助项目(51008017,50848046,50538010),采用理论分析、实验室试验、有限元仿真和现场测试相结合的方法,研究地铁运营引起的振动传递问题,并提出基于脉冲传递函数法的地铁运营引起建筑物内振动预测方法.论文主要研究内容和成果如下.     

地铁运行对建筑物及环境振动的影响

前海二单元五街坊项目受下穿地铁运行的振动作用,对建筑物振动及区域环境振动造成不利影响。通过现场振动实测,得到振源及地表的振动数据,利用实测数据验证"轨道-隧道-土层-建筑物"三维有限元模型。模型预测结果表明,3号楼、4号楼和5号楼的最大Z振级指标均满足标准要求;3号楼第3层和4号楼第2层分频最大振动超过标准限值,其余各楼层分频最大振级均满足标准要求。针对超标楼层,建议开展建筑隔振设计,降低振动响应。     

盾构隧道下穿砌体结构房屋影响因素敏感性分析

为探究不同影响因素对盾构隧道下穿砌体结构房屋的影响程度,采用正交试验方法对5种不同影响因素进行5种水平正交试验,通过MIDAS-GTS有限元软件建立砂土地层-隧道-建筑物共同作用的三维分析模型,根据盾构隧道下穿砌体结构房屋施工过程中墙体所受到的最大拉应力增量,判断各影响因素对盾构隧道下穿砌体结构房屋的影响大小。研究结果表明,隧道轴线与建筑物中心线间距是盾构隧道下穿砌体结构房屋的最主要影响因素,其他依次为建筑物长度、隧道轴线与建筑物中心线夹角、隧道埋深,地层类型对砌体结构房屋的影响最小。     

轨道交通振动对建筑物影响程度的预测方法

既有的现场实测与数值模拟相结合预测方法,采用振动响应传递比描述室内外两点之间的振动变换,实现在不同频段上定量预测轨道交通振动对建筑物内人和精密仪器的影响。为将该方法用于预测建筑结构的振动响应,需要将1/3倍频程指标转化为速度峰值指标。指标转换方法是:利用能量守恒原理将1/3倍频程频域内的速度有效值转化为时域内的速度有效值;采用峰值因数将速度有效值转化为速度峰值,并建议在预测对普通建筑物、重点文物建筑的影响时峰值因数分别取4和5,在现场实测峰值因数样本大于9时,给出的指标转换方法不再适用。分析指标转换时的误差水平和使用条件可知,采用的指标转换方法是可行的。     

地铁运行对单层砌体结构的动力影响

为研究地铁振动对沿线单层砌体结构的动力影响,对北京某地铁线特定区间的单层砌体结构进行铅垂向和水平向振动加速度测试。同时,为研究不同距离处单层砌体结构的振动,对测试区街面进行铅垂向振动加速度测试。根据室内地面铅垂向计权振动加速度级,推出相同距离处街面铅垂向计权振动加速度级的修正量。由此,修正测得的不同位置街面铅垂向计权振动加速度级。最终,拟合得到地铁线不同距离处单层砌体结构室内地面铅垂向振动加速度级的分频计算公式。     

地铁列车运行引起环境振动响应的人工单点列脉冲激励预测方法

为了在频域内精确预测地铁列车运行引起的环境振动响应,研究提出基于实测振动传递特性的人工单点列脉冲激励预测方法。应用人工单点列脉冲激励获得传播系统的振动传递特性,采用振动传递转换公式将其转化为地铁列车运行时的振动传递特性;结合已建立的实测振源数据库,预测地铁列车运行引起的环境振动响应。以地铁15号线望京站—望京东站区间的地表振动预测为例,采用该方法、数值模拟方法和链式衰减预测法分别预测该区间地表预测点处的振动响应,并与实测结果进行对比。结果表明:采用该方法可以得到受振目标测点的频谱、1/3倍频程谱、Z振级等指标,并可实现多点同步、精确的振动响应预测;与其他2种预测方法相比,该方法具有预测精确度高、预测频带宽、受振目标针对性强等特点,适用于地铁隧道修建前后对重点受振目标的频域内精确预测。     

水平配筋砌体墙局部受压性能有限元分析

砌体灰缝中配置水平钢筋可有效改善砌体的抗压、抗剪性能,对改善砌体的脆性性质及其抗震性能也有较大的作用。文章用大型有限元软件ANSYS建立了水平配筋砌体墙的三维有限元实体分离式模型,分别用Solid45和Solid65单元模拟砖块和砂浆层,运用不同的破坏准则模拟计算了横向配筋砌体局部受压承载力和变形特征,分析砌体的局部受压破坏过程,并与其局部受压试验结果进行了比较,验证了计算结果的正确性。     

盾构隧道下穿砌体结构住宅群的施工技术

以呼和浩特市轨道交通2号线呼和浩特站—公主府站区间盾构隧道下穿砌体结构住宅群为工程背景,采用MIDAS-GTS有限元软件对盾构隧道下穿砌体结构住宅群进行数值模拟.以砌体结构墙体最大拉应力增量作为评价指标,分析盾构隧道施工对砌体结构的影响.提出洞内深孔注浆加固措施的技术参数,结合现场监测数据,对加固效果进行分析.结果 表明:未采取任何加固措施时,盾构隧道施工结束后,房屋的沉降虽能满足控制要求,但砌体结构墙体最大拉应力增量不满足房屋安全使用要求;采用深孔注浆加固后,墙体的最大拉应力增量可以满足建筑物安全使用控制标准,证明深孔注浆加固技术可以较好地减少盾构隧道施工对砌体结构房屋的影响,保证砌体结构建筑物的安全和正常使用.     

地铁振动对邻近建筑物影响及围护桩减振效果研究

依托北京某拟建住宅项目,采用现场监测方法获得地铁列车运行引起建筑物场区内地面振动的振动特性,并通过有限元分析软件建立地铁-土体-建筑一体化三维数值模型,预测拟建楼房的振动规律,预测结果与现场监测结果对比显示二者有良好的一致性,并分析采取基坑围护桩作为减振措施的应用效果。研究结果表明:(1)在地铁运行影响下,地面振动加速度级随着频率增加呈现先增大后减小的趋势;(2)对于10层左右的建筑物,地铁运行振动引起的动力响应随着楼层的增加,存在一个先减小后增大的过程,地面首层和顶层的动力响应最为显著;(3)基坑围护桩能有效减小建筑振动响应,各典型楼层最大Z计权振动加速度级均下降7~9 dB;(4)随着楼层的升高,建筑结构对30~40 Hz频段的建筑物竖向振动具有一定削弱作用。     

列车引发建筑物振动现场测试及数值分析

通过现场测试和数值分析,对铁路线附近建筑物的振动特性、建筑物振动的传播规律及其影响因素进行了研究.为了简化分析,将列车—轨道—路基—大地—建筑物耦合系统分解为列车—轨道—路基相互作用连续平面三层梁模型和大地—建筑物(剪力墙结构)三维有限元模型两个子系统,前者采用傅里叶变换法求解,后者采用三维有限元模拟.结果表明,列车引发的建筑物振动属于低频振动,建筑物结构对高频振动具有衰减的作用;振动随列车速度的提升而增大,随列车编组的加长而增大,随列车轴重的增加而增大,随建筑物到轨道中心线距离的增大而减小;建筑物的振动水平随楼层的上升呈折线分布;框架结构相对于剪力墙结构能更好地抑制振动的产生.     

软土地区地铁环境振动对精密仪器的影响研究

为评估软土地区地铁环境振动对精密仪器的影响,基于环境振动分析预测有限元仿真模型,模拟实际工况下距线路不同距离上的不同楼层内地板的振动响应。模拟计算分析表明,距隧道中心线20 m、50 m、100 m 3种工况中,距隧道中心线20 m、50 m的建筑物内振动超过精密仪器对环境振动的要求限值,距隧道中心线100 m的建筑物内仍有振动超限的风险,软土地区距隧道中心线100 m范围内不宜放置精密仪器。     

隧道内列车振动对近接建筑物的影响分析北大核心

针对运营列车通过隧道时引起近接建筑物地面振动进行了现场测试,并对测试数据进行了功率谱、Z振级及1/3倍频程分析。在此基础上,利用有限元软件建立了围岩-隧道-轨道结构振动模型,对运营列车引起的建筑物振动进行了计算分析。结合实测与计算结果,对近接建筑物的振动特性进行了评价。结果表明:列车以速度300 km/h通过隧道时,地面振动功率谱主频白天集中在33.0 Hz左右,夜间集中在42.7 Hz左右,夜间的主频比白天大;地面各测点处Z振级的总体趋势是先波动式上升,再平缓波动,后逐渐波动式下降,地面Z振级主要集中在20~80 dB;1/3倍频程分频最大振级白天位于48.4~60.8 dB,夜间位于47.4~59.4 dB;列车通过隧道时基础处振动速度峰值整体呈波浪形分布,引起的地面振动速度小于0.045 mm/s,小于规范限值要求,对建筑物基础以及人体舒适度的影响较小;在缺乏大量实测结果的条件下,结合小样本实测结果,采用有限元计算结果进行振动响应评价具有一定的可行性。     

新线隧道列车运营对既有地铁结构振动影响的研究

以在建北京地下直径线为背景,选取了2个典型评估断面,建立二维动力有限元计算模型,应用车辆一轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷栽,并作为激励作用于有限元模型上,通过数值模拟计算,预测新线隧道北京地下直径线开通运营后对临近既有地铁结构振动的影响.根据对结构物安全的振动控制标准,确定以竖向速度作为既有地铁结构振动响应的安全性评估标准.结果表明:地铁列车运行对其自身结构的振动影响要大于地下直径线列车运行对地铁结构的振动影响;地下直径线列车的运营使邻近地铁结构动力响应增加,对其耐久性和正常使用有一定影响,建议在这些区段采取减振措施.     

轨道交通引起的地面高层建筑室内振动分析

近年来,轨道交通引起的地面高层建筑振动已成为地铁公司、地铁上盖开发商和环保部门三方越来越关注的问题.为了对地铁通过的某项目地块上的高层建筑进行室内振动预测,使用经验法和数值分析两种方法分别进行计算分析,预测了某项目地块上建筑物的室内振动,并与规范限制作比较.结果 发现:楼层越低,受列车荷载引起的室内振动越大;使用经验法和数值分析法计算出来的结果吻合度较高,两种方法预测得出的室内振动均满足规范要求.     

地铁施工前邻近砌体建筑物的结构安全性分析

为确保地铁施工期间邻近建筑物的安全使用,在综合考虑邻近建筑物使用现状、相应规范和受力特点的基础上,运用位移反分析和有限元方法对其进行结构安全分析,并据此确定邻近建筑物变形控制指标。在某地铁车站附属结构施工前,应用该方法对2栋邻近砌体结构建筑物的安全性分析表明:当差异沉降小于10mm时,建筑物上部结构和基础底板能够满足正常使用的要求,根据两栋建筑物分别已有6.59和7.01mm的差异沉降现状,给出2栋建筑物沿既有最大倾斜方向的允许新增差异沉降控制值分别为3和2mm。依此标准,建筑物在附属结构施工结束后结构完好,验证了该工前安全性分析方法的合理性。     

地铁运营对古建筑物振动响应影响分析

以南昌地铁1号线诱发的环境振动对"八一起义纪念馆"影响为工程背景,运用傅里叶变换法和有限元软件ANSYS,分别建立列车-轨道结构双层梁模型和大地-建筑物有限元模型。以水平速度为评价指标,仿真分析轮轨竖向力作用以及竖向力和横向力共同作用对古建筑物的振动影响。计算结果表明,地铁引起的建筑物振动为低频振动;随着楼层的增加,建筑物水平振动逐渐增大;横向力对建筑物的振动能量分布没有影响,对水平振动有一定的影响,其中对x方向影响较大;该建筑物振动没有超过标准。     

铁路沿线太阳能电池板及支架立柱的抗风性能

以西成(西安—成都)高速铁路沿线立柱式太阳能电池板支架立柱的布设为背景,通过数值计算、风洞试验及有限元分析研究其抗风性能。为避免结构共振,须获得高速列车脉动风压的振动特性,通过刚性模型测力试验获取了结构最不利风偏角,试验结果可作为调整结构布设方向的依据。铁路沿线结构抗风设计须考虑自然风荷载和列车脉动风荷载的综合作用。本文提出了一种验算铁路沿线结构抗风安全性的方法:基于数值计算得到结构受列车风荷载作用下的极限风压,以此反算结构所受极限风荷载,并利用风洞试验及有限元计算方法计算结构应力。     

车体振动评估技术的进展

川崎重工利用试验提出一种新方法,该方法可以准确地预测与车辆运行品质密切相关的车体自振频率。川崎重工的试验表明,车体的自振频率与乘客的多少及乘车状态无关,只是随着乘客的增加,车体振动加速度幅值减小。将乘客看成弹簧进行模型化,用有限元模型进行计算分析,所得结果与试验结果完全一致。因此,乘客对车体振动的影响可以用理论分析的方法来预测。