运行列车对附近建筑物振动影响的试验研究和数值分析

通过对京广铁路沿线附近1幢6层砖混结构住宅楼进行现场测试,研究运行列车对附近建筑物振动的影响规律.测试分析表明:运行列车引起附近建筑物楼板的振动有随层高增加而增大的趋势,建筑物顶层的竖向振级比底层大1～2 dB;同一楼层楼板的振动随其距轨道的距离增大而减小;在相同车速下,货车比客车引起的速度振级大5～6 dB;此外,建筑物室外散水处的振动大于临近1层楼面的振动.建立考虑地基土一建筑物基础间为协调变形的列车-轨道-路基-周围地层-建筑物系统空间动力分析模型,计算运行列车作用下的建筑物动力响应规律,并与实测结果进行比较,结果表明,给出的模型能够较好地预测运行列车所引起附近建筑物的振动.     

地铁振动对周围建筑物影响的研究概况

在分析地铁振动产生机理及传播途径和影响因素的基础上，着重概述了国外对地铁列车通过时，周围建筑物响应特性和预测方法的研究结果，并给出相应的振动控制措施。     

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.     

考虑土-结构相互作用的列车引起建筑物及地面振动分析

为研究由运行列车引起的建筑物及地面振动规律,本文建立列车-轨道-路基-周围地层-建筑物系统空间动力分析模型。在模型中,地基土-建筑物基础相互作用分为协调接触变形、弹性接触变形和非线性接触3种状况。计算3种接触状况下,运行列车引起建筑物及地面振动的动力响应规律。计算结果表明:在运行列车作用下,3种不同接触状况,货车引起土体及建筑物的振动大于客车引起的振动;考虑弹性接触和非线性接触时,能反映建筑物对振动波的反射,土体的振动比协调变形接触时要大;考虑非线性接触时土体与建筑物会产生能量的消耗,列车引起的建筑物的振动小于弹性接触变形和协调接触变形条件下的振动。本文建立的模型对由运行列车引起的建筑物及地面振动预测提供一定的帮助。     

列车引起的环境振动及对邻近深基坑影响试验分析

为研究基坑开挖中列车荷载的影响,通过试验测试了列车荷载引起的环境振动,并分析了列车荷载作用对开挖基坑的影响.试验结果表明:列车荷载引起的场地响应随远离铁路而逐渐减小,在一定范围内,响应峰值衰减很快;在距铁路轨道10.2 m的位置处,加速度峰值有短暂的突升;竖向加速度的衰减速度明显大于水平向加速度,在振源附近竖向加速度大于水平向,但远离轨道一定距离后,竖向加速度小于水平向加速度;轨道处的竖向位移小于水平向位移,但在远离轨道的一定范围内竖向位移峰值大于水平向位移,到靠近基坑位置水平位移再次大于竖向位移;从试验及监测结果看,短时间内列车荷载对临近基坑的影响很小,由于基坑暴露的时间较短,可以不作为主要的风险源.     

地铁列车引起合建建筑振动特性的试验研究

采用现场试验的方法,从时域和频域角度分析了地铁列车通过时引起的与地铁合建建筑结构环境振动特性。研究结果表明:在地铁列车荷载作用下,合建建筑结构的振动幅值随距振源距离的增大而减小,横向振动响应幅值约为垂向振动响应幅值的0.8倍;合建建筑上部结构的振动频率分布特性基本上与地铁线路结构一致,主要集中在20~80 Hz;合建建筑结构横向环境振动水平虽总体上较垂向环境振动水平要小,但两者处于同一水平,甚至在部分频率范围内要比垂向环境振动水平还要高,横向环境振动对人们工作和生活的干扰不能忽视。     

列车振动对地铁周围环境的影响及减隔振措施

主要分析地铁列车对地面建筑物的振动影响，介绍了一些减振措施，并对城市交通规划设计提出了建议。     

地铁列车加速对振动源强及环境振动传递特性影响研究

为缓解地铁列车出站加速过程引起的振动对车站内工作人员及上盖物业居民的影响,首先应探明环境振动传递特性,通过对某城市地铁车站的3个隧道内矩形断面及隧道上方地面进行现场实测,从时域和频域的角度分析地铁列车出站加速过程对振动源强及环境振动传递特性的影响。研究结果表明：(1)地铁列车出站的加速过程中,引起的钢轨振动响应随车速提高而增大,但是道床和隧道壁的加速度峰值在行车速度为40 km/h断面处最大,主要原因是车辆加速初段引入的低频冲击;(2)地面和隧道的振动主频都在63 Hz附近,说明车站结构可以有效传递该频段的振动,且车速对该主频没有影响;(3)对于地铁车站的上部土体,振动在地面横向传递过程中存在放大区,在设计地铁隧道上方地面建筑物布局时,需重视该效应;(4)本次测试的车站区间,隧道壁源强到地表的衰减约为5 dB,小于区间的衰减,主要原因是地铁车站结构对振动的衰减要弱于土体,考虑到地铁车辆在车站边界已经达到了较高速度,因此车站附近的环境振动问题需要更加予以重视。     

地铁列车引起的地面振动响应测试分析

在深圳地铁1号线附近一振动敏感区进行了地面垂向振动测试,分析了南北列车单独通过和双线列车同时通过三种工况下地面振动响应规律。结果表明：地铁列车单线通过时地面垂向振动响应总体上随距隧道中线水平距离增加呈波动性下降趋势,地面振动垂向分频最大振级在距隧道中线水平距离4.5 m处最大;南线列车单独通过引起的振动经过北线隧道时,隧道结构对其振动响应有一定影响;在距北线隧道中线水平距离10 m处,双线列车同时通过时地面振动垂向分频最大振级比北线列车单独通过时增大7.8%。评估地铁对邻近敏感建筑物的影响时,建议考虑双线列车同时通过时振动叠加所造成的影响。     

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。     

列车引起的高架铁路车站的振动与噪声

对列车引起的高架铁路车站的振动与噪声问题进行了分析与评价。采用列车一桥梁体系分析模型和车站框架模型研究结构的振动,并用统计能量分析法(SEA)估计结构的噪声。通过计算机模拟,根据辐射率和SEA方法确定了结构振动与噪声的关系。讨论了结构形式、材料、支撑条件、列车速度等因素对噪声的影响。通过对声功率辐射表示的噪声水平的比较,得出了噪声水平随车速提高而增长,橡胶支座可有效降低高架结构的噪声,阻尼较大的结构产生的噪声较小等结论。     

高速铁路路堑段地面振动试验研究及数值分析

为研究高速铁路路堑在高速列车荷载下的地面垂向振动随距离传播规律,对宝兰高铁路堑段地面垂向振动进行现场试验,对现场试验的数据从时域和频域两个方面进行分析揭示地面垂向振动加速度响应特征。结果表明,路堑垂向振动加速度在距离线路中心线12.5～40 m总体呈衰减趋势,靠近线路中心线处12.5～20 m处垂向振动加速度衰减较快,较远处20～40 m处衰减速度较慢。地面垂向振动加速度在各测点处由60 Hz及100 Hz附近的频率成分主导,随着距离的增大,110 Hz左右的高频成分衰减很快,到了距线路中心线20～40 m,振动加速度在60 Hz左右的频率成分占优。依据现场工况,建立了列车-轨道-路堑-地基数值分析模型,并通过数值试验的方法,设置不同的场地速度特性,分析不同场地条件对路堑振动响应的影响。数值分析表明,场地速度特性(覆盖层与下卧层模量比、覆盖层厚度)是影响地面振动剧烈程度的重要因素,地基覆盖层与下卧层模量比越大,地面振动越强烈,模量比一定,覆盖层厚度越小,地面振动越大。     

列车运行引起建筑结构振动分析

针对武广客运专线新长沙站,建立了列车-桥梁和桥梁-站房2个力学计算子模型,通过对列车-桥梁动力相互作用进行分析计算,得出行驶列车作用在桥梁上轨道各节点的荷载时程,将这些荷载作为外部激励,作用在桥梁-站房结构力学计算子模型上进行时程分析,计算候车大厅楼板的振动响应,从楼面响应最大值、楼面响应沿横轨向分布、典型响应时程等几...     

宝兰客运专线路堤段影响车致地面振动的土体参数敏感度分析及反演

采用敏感度分析与数值模拟相结合的方法,对影响高速列车引起地面振动的土体参数敏感度进行分析及参数反演。以宝兰客运专线榆中站附近一段路堤的地面垂向振动现场试验为依托,建立车辆-轨道-路基-地基数值模型与神经网络。以土体参数样本集为输入源,各测点地面垂向振动加速度有效值作为输出,基于敏感度理论计算各测点处的参数敏感度。结果表明:影响地面振动的土体参数敏感度顺序为弹性模量>阻尼系数>泊松比>密度>内摩擦角>黏聚力;阻尼系数敏感度随距中心线距离增大呈上升趋势,其余参数随距离增大变化不大;基于敏感度分析结果,选取相关参数作为待反演参数,将现场实测的各测点垂向振动加速度有效值输入神经网络,反演得出的各参数值与现场实际参数值相对误差均小于5%,在工程可接受的范围之内,证明了神经网络反演方法的可行性。     

地铁隧道侧穿邻近建筑中隔离桩的应用研究

以某地铁隧道侧穿5层砖混结构房屋工程为背景,为研究隔离桩在隧道侧穿邻近建筑物工程中的隔离效果及影响因素,通过多组有限元数值模拟,并结合现场监测数据,分别研究隔离桩的桩长、位置,隧道埋深以及隧道与建筑物的距离等因素对隔离效果的影响。研究结果:隔离桩对因隧道开挖产生的滑动区土体有较好的隔断作用;隔离桩嵌入滑裂面以下的深度是隔离桩控制效果的重要影响因素,建议嵌入深度不小于4 m;隔离桩与隧道或建筑物距离的改变对隔离桩控制效果的影响较小;当建筑物与隧道的水平距离小于2倍隧道埋深或当隧道埋深小于2倍隧道洞径时,隔离桩的控制效果较为明显;对于工程地质条件较差或邻近建筑物沉降控制要求较为严格的工程中,当建筑物与隧道水平距离小于1.5倍隧道埋深,且隧道埋深小于2倍洞径时,建议设置隔离桩对邻近建筑进行保护。     

高速列车诱发地面波与轨道强振动研究

在高速运行的条件下,当列车达到某种速度时,列车将引起轨道和大地的强烈振动。本文通过建立轨道振动微分方程,得到单轮作用下轨道变形的解析表达式。在此基础上,利用叠加原理,研究轨道临界速度与单轮和高速列车诱发轨道强振动的关系,分析了轨道基础弹性模量和轨道抗弯刚度对轨道临界速度及轨道振动的影响。计算表明,轨道基础弹性模量是影响轨道临界速度的主要原因。尤其是当轨道基础为软土地基时,轨道临界速度很低,容易被中高速列车超过。当列车速度接近轨道临界速度时,轨道将发生强烈振动。分析还显示当列车速度低于轨道临界速度时,提高轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用并不明显,但当列车速度接近轨道临界速度时,增加轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用则非常显著。     

土质路基荷载下地基反力试验研究

地基反力σ能够反映荷载作用下地基受力的情况,但其在土质路基特别是高压实度土质路基荷载作用下的研究并不多。本文通过现场及室内离心模型模拟土质路基的填筑及放置过程的试验,对地基反力进行研究。研究表明:高压实度土质路基荷载作用下地基反力呈弧形分布,路基宽度范围内地基反力小于γH值,靠近坡脚的路基边坡区域大于γH值。路基中心处地基反力σc与路基宽高比b/H有很大关系,当路基宽高比b/H较小时,σc与γH值差距较大;当b/H较大时,σc与γH值差距减小;当b/H大于10时,σc基本等于γH值。本文结合试验结果得出考虑b/H影响的路基中心处地基反力σc的计算方法,提出新的地基反力沿路基横断面的计算公式,使路基荷载下地基反力的计算结果更接近实际;结合试验得到路基中心处实测地基反力及地基沉降值,对两种中等压缩性土地基在路基荷载作用下的地基反力与地基沉降的关系进行讨论,得出其相关性较好的地基反力系数,为今后土质路基荷载作用下地基反力系数的应用提供了参考资料。     

地铁运营引起的环境低频振动传播特征试验研究

为了分析地铁运营造成的环境低频(<20 Hz)振动,进行试验室低频振动试验研究。通过试验获得离散频率(5~16 Hz)简谐荷载下隧道内、地表和建筑物内的振动加速度信号,并对其进行预处理和归一化处理,从时程与频谱、加速度级和传递函数3个方面,分析低频振动在隧道结构、地表和建筑物内的传播特征。结果表明:隧道结构低频振动表现为整体振动,地表低频振动以竖向为主,而建筑物内的低频振动以水平方向为主;地表竖向低频振动随着距轨道水平距离的增加而衰减较快,水平低频振动在距轨道0~40 m范围内出现放大,40 m之外衰减较缓;建筑物内的水平低频振动,在10 Hz以下随着楼层的升高而增大,而在10~16 Hz时随着楼层的升高而减小;隧道基底到地表的竖向传递函数值随着距轨道水平距离的增加而逐渐减小,但随频率变化不大,在5~16 Hz范围内的传递函数值为0~0.5。     

区间地铁列车振动的地面响应测试分析

为研究地铁列车引起的地面振动的规律，选择在北京地铁东单一建国门区间，采用高灵敏度加速度传感器和24位动态信号采集记录系统，测试正常运营的地铁及地面交通造成的地面垂向振动加速度。采用汉宁窗和线性平均技术，将95次测试记录共354个时程信号转换为频域内的1／3倍频程频谱；按照地铁的车型进行平均化处理，得到地铁G型车和S型车的1／3倍频程谱均值。分析结果表明，影响地铁列车引起的地面振动规律的因素主要有距离和背景振动。地面振动存在1个“交汇频率”，在小于“交汇频率”的范围内，地铁列车引起的地面振动主要受背景振动制约，而距离的影响很微弱；在大于“交汇频率”的范围内，地铁列车引起的地面振动主要受距离的影响，但背景振动的作用仅次于距离。地铁与地面车辆引起的地面振动的叠加，使在1～30Hz频率段内的地面振动响应增大。