双层框架铁路对邻近建筑物的振动影响

本文针对将既有铁路区间扩建为地上、地下单线双层铁路方案,建立铁路-大地-建筑物三维耦合动力学模型,分析列车以80 km/h的设计速度在该线路上运行对沿线不同结构形式建筑物的振动影响。研究结果表明：(1)列车上、下层线路同时运行引起的振动对建筑物的影响最大,下层线路运行引起的振动对建筑物的影响大于上层线路运行;(2)列车运行引起的振动对距离线路中心相同的砌体结构影响大于框架结构,在相同运行工况下,砌体建筑物分频最大振级比框架建筑物平均高约10.4 dB;(3)框架建筑物比砌体建筑物随楼层的增加具备更强的振动传递性;(4)列车在扩建区间内运行时,砌体结构建筑物的环境振动均超出夜间限值,其首层楼板的分频最大振级在不同运行工况下超出限值5.4～12.1 dB。研究成果可以为既有线路改扩建提供参考。     

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。     

地铁运行所致隧道上方旅客过夜用房频域振动分析

以某新建机场的旅客过夜用房建筑与地铁隧道合建项目为研究对象,利用车辆-轨道耦合动力学理论和结构动力学理论分别建立列车-轨道耦合动力学模型和隧道-土-建筑物相互作用系统有限元模型,采用两步分析方法预测列车以不同速度通过引起的上盖建筑振动,并根据相关标准评价其是否满足标准要求。主要结论如下:不同车速引起的上盖建筑的分频Z振级随中心频率变化的趋势相似,总体上,50 Hz以下随着频率的增大而增大;50 Hz以上随着频率的增大而减小;车速越高轮轨相互作用和轨道结构的振动越剧烈,所致建筑物振动超标情况也越严重,车速从80 km/h增加到140 km/h时,垂向轮轨力的最大值从120.19 kN增加到152.75 kN,钢轨和浮置板的最大加速度分别从64.02g和2.25g增加到140.49g和4.7g,建筑物最大Z振级从75 dB增加到90 dB。建议进一步采取减振措施来保证地铁列车通过所致振动满足标准要求。     

城市轨道交通环境振动评价指标的计算与分析

衡量城市轨道交通引起的环境振动水平的指标是最大Z振级和分频最大振级。目前,关于评价指标的计算存在着诸多混淆,影响了评价指标的计算、评价结果,甚至进一步影响线路的规划及设计。通过详细计算重叠系数及计权因子对最大Z振级计算结果的影响,发现当重叠系数达到3/4时,最大Z振级计算结果基本稳定;采用ISO 2631—1:1997中的频率计权曲线更能综合考虑轨道交通引起的环境振动对人体健康、舒适性及工作效率的影响,建议修订《城市区域环境振动标准》(GB 10070—88)时采用此频率计权曲线。针对分频最大振级计算方法中的混淆问题,计算并分析线性平均、峰值保持等方法对计算结果的影响,为保证评价结果的可靠性,建议采用峰值保持法进行计算和评价。     

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.     

扣件胶垫阻尼的频变性对地铁隧道环境振动的影响

以地铁隧道内常使用的DT VI2型扣件为研究对象,采用车辆—轨道垂向耦合随机振动频域分析模型与有限元谱分析模型组合求解法,研究扣件胶垫阻尼的频变性对地铁隧道环境振动的影响。结果表明:与常量的扣件胶垫阻尼相比,随频率变化的扣件胶垫阻尼对地铁隧道环境低频振动影响很小,但会增大其分频最大振级,同时还会降低其分频最大振级以上频带内的振动水平,并且随着频率的持续提高,振动级的下降幅度也会越来越大;尽管可以通过单纯降低胶垫阻尼系数提高地铁隧道环境振动频域的预测精度,但难以保证对各频段振级均有较高的预测精度,因此,如不考虑扣件胶垫阻尼的频变性,易低估地铁隧道环境振动的分频最大振级,同时会高估主频段以上的振动水平。     

多等级减振预制道床减振效果 及振动位移研究

为了研究不同等级复合减振预制道床的减振效果,以青岛新建地铁 4 号线张彭区间隧道段为研究对象, 测试 70 km/h 的速度下高、中等级复合减振垫预制道床轨道和普通道床轨道的振动及位移响应,通过引入铅锤 Z 振级分频振级均方根值及 Z 振级传递损失进行综合评价,分别在时域和频域内对 2 种减振等级的复合减振垫预制 道床轨道和普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明：①3 种不同减振类型道床轨道的隧道壁分频振级 均在 50～80 Hz 处达到最大,高等、中等减振道床与普通道床相比较,其减振效果(分频振级均方根差值平均值) 分别为 13.9 dB 和 8.5 dB;道床与隧道壁之间的 Z 振级传递损失值分别为 45.8 dB 和 35.1 dB;②高等、中等减振 道床以及普通道床在实际运营过车时,道床垂向位移分别为 2.298、0.265 和 0.058 mm,道床横向位移分别为 0.058、 0.025 和 0.019 mm。多等级减振通用预制道床对 20 Hz 以上振动减振效果明显,同时可根据不同需求自由选择和 更换减振等级,对减振通用预制道床的发展具有一定的指导意义。     

地铁运行引起邻近建筑物振动的预测与分析

基于振动在建筑物内的传递特性,提出一种新的环境振动预测方法——振动分频传递预测方法。针对北京地铁4号线附近某砌体结构开展现场振动测试试验,并建立了该砌体结构的有限元模型,利用振动分频传递预测方法进行相关数值模拟计算。试验及数值计算结果表明:有限元模拟计算下的结果与实测结果基本一致,验证了该方法能够有效地预测地铁运行引起邻近建筑物的振动响应。     

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。     

地铁减振垫轨道结构对车致环境振动的影响分析

减振垫轨道是城市轨道交通高等减振措施中常用的一种轨道结构。为了研究减振垫轨道结构对车致环境振动的影响,首先对减振垫轨道的模态进行分析,其次建立了地铁列车-减振垫轨道-隧道-土体-建筑物系统模型。该系统模型分为两个子模型,将子模型1中的竖向轮轨力作为子模型2的外加激励,计算分析了轨道板、隧道壁、地面和楼层的车致振动加速度特性与振级特性。研究结果表明:由列车运营引起的振动在传递途径中,竖向振动加速度由轨道板到隧道壁的衰减量远大于由隧道壁到地面的衰减量,楼层和地面的竖向振动加速度水平基本相当;轨道板、隧道壁、地面和楼层的1/3倍频程加速度级两个峰值对应的中心频率31.5 Hz、80 Hz与轨道板第5阶、第10阶主振型的固有频率有关;减振垫轨道的中心频率介于3.15 Hz和8 Hz之间的减振效果较好;隧道埋深大于11 m,以及采用减振垫轨道结构的情况下,隧道正上方地面和楼层的Z振级最大值均小于70 dB,能够满足环评标准的要求。     

清河站建桥合一结构的车致振动舒适度研究

清河站站房结构采用建桥合一的结构体系,列车高速通过时产生车致振动的舒适度问题需要重点研究。通过车辆—轨道模型得到列车对轨道的振动激励,将激励时程输入轨道—结构—环境土体模型,计算结构动力响应的研究方法,进行车致振动的舒适度评价,对清河站的研究得到:高铁列车在到发线进出站时,清河站候车层楼板最大预测Z振级满足规范要求;在正线高速通过时,候车层楼板最大预测Z振级超过规范限值,不满足要求,通过采取结构措施可达到舒适度要求。同时得出建桥合一结构体系在高铁列车通过时,正线位置的振动响应大于到发线,行车位置的响应大于其他位置,站台层的振动响应大于高架候车层和夹层的结论。     

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。     

地铁环境振动预测中链式结构振级落差灵敏度分析

针对地铁环境振动预测中使用的链式结构力学简化模型,利用灵敏度分析对链式结构中各参数变化对各振级落差影响规律进行系统研究;推导给出振级落差一阶灵敏度解析表达式和一种逆矩阵偏导数求解方法;并提出利用自由衰减时域段实测数据逆求链式结构中各力学参数方法。研究结果表明:通过灵敏度分析可以确定链式结构中任一力学参数改变对其任一层振级落差影响程度,找出对系统动态响应影响较大的环节。该方法有助于提高环境振动预测精度。     

现行城市轨道交通振动环境影响评价标准讨论

采用资料调研与试验分析相结合的研究方法,从计权标准、评价指标设定、分析频率范围、列车头车和尾车通过时间判断、测量点位置等方面,对我国现行城市轨道交通振动环境影响评价标准中若干问题进行分析。结果表明：为更加客观、全面地评价城市轨道交通振动对沿线居民生活工作的影响,宜同时设置单值评价指标和分频评价指标;列车头车和尾车通过时间判断是影响振动环境影响评价结果的一个主观因素,为有效消除其影响,建议单值评价指标设为列车通过时段铅垂向Z振级的最大值L_{vz, max},分频评价指标设为1/3倍频程分频振级的最大值L_{va, max, f}并采用峰值保持法计算。同时就评价指标计算中的计权标准和分析频率范围、测量点布设位置给出了建议。     

复杂工况下地铁交叠式车站振动特性分析

为研究地铁交叠式换乘站在复杂动荷载工况下的结构振动特性,基于轮轨耦合动力学原理建立车辆-轨道耦合模型及轨道-车站有限元模型,结合地铁车站现场测试,分析不同线路交叠与单线运行、列车进站制动、出站启动及不同载重等工况下对地铁交叠式换乘站结构的振动特性影响。研究结果表明：地下一层A号线运行引起的车站振动响应大于地下二层B号线运行引起的车站振动响应;地铁列车出站工况下的楼板振动加速度大于进站工况;无论哪种工况,其振动响应主要集中在25～50 Hz和90～140 Hz频段上,A号线进出站引起的同层楼板振级超过振动限值,而B号线引起的同层站台振级满足振动限值;B号线列车单线在不同时段的载重越大,车站结构振动响应及增幅越大;地铁交叠式车站设计时,需考虑地下一层及列车出站启动工况的减振措施。     

小半径曲线地段地铁列车运行对建筑物的振动影响分析

针对地铁小半径曲线地段列车运行对建筑物振动影响问题,运用车辆-轨道耦合动力学计算获得振源激励,建立列车动荷载作用下隧道-地层-建筑物有限元模型,并结合现场测试验证了模型的可靠性,研究列车运行对浅基础、短桩基础、长桩基础以及筏形基础建筑物振动响应的规律。结果表明：随着楼层的增加,建筑物的横向振动表现为先减少后增大,垂向振动表现为逐层增大的趋势;建筑物的振动在中高频成分(＞20 Hz)有所增加,低频成分则有所衰减;垂向振动要大于横向振动,楼柱的振动要比楼板的振动更加明显;不同基础条件下的建筑物垂向振级由大到小的排序为筏形基础＞浅基础＞短桩基础＞长桩基础,横向振级由大到小的排序为浅基础＞短桩基础＞长桩基础＞筏形基础,长桩基础对降低加速度振级最为有利。     

地铁车站地面站厅层振动与噪声试验分析

为了分析和评价地铁车站列车运行产生的振动与噪声对站厅工作环境的影响,对某地铁站的地面站厅层的振动与噪声进行现场实测,在时域内分析振动与噪声特性,并将实测结果与我国环境振动与噪声标准进行对比和分析,对不满足标准的办公室进行减振降噪装饰处理。研究结果表明:当列车进出车站时,地面站厅结构竖向振动明显大于水平振动;实测的最大竖向振动加速度级为86.5~105.7 d B;站厅层楼板的振动明显大于其他位置处的振动;地面站厅内最大瞬时A声级为69.7~74.3 d B(A)。采取减振降噪措施后,办公室位置处的振动和噪声得到了较好改善。研究工作对类似工程的振动与噪声评价和减振降噪设计具有重要的参考价值。     

轨道减振效果系统评价方法研究

在综合分析轨道减振效果评价现状和存在问题的基础上,针对在轨道结构中的钢轨扣件、轨枕或道床等处额外提高轨道弹性的减振措施进行轨道减振效果系统评价方法研究。在相同或可比的条件下,利用轨道减振与非减振段轨旁测点铅垂向振动加速度得出1/3倍频程各中心频率分频振级的均方根差值作为轨道减振效果值,同时将1/3倍频程中心频率分频振级的最大和最小差值作为轨道减振效果评价的辅助指标。运用该方法对减振扣件、弹性短轨枕和浮置板轨道等3种减振措施的评价结果表明:在4～200Hz频率范围内减振扣件的减振效果值为5.2dB,有效的减振频率从50Hz开始;浮置板轨道的减振效果值为13.5dB,满足10dB以上的减振设计要求;而弹性短轨枕的减振效果值仅为3.8dB,因轨枕空吊原因没能达到设计的减振目标。该方法不仅可以比较不同轨道结构、线路条件、运营条件以及相同轨道结构不同路段的轨道减振效果,而且可以分析轨道的减振特性。     

地铁运营诱发的环境振动对南昌八一起义纪念馆的影响分析

以南昌轨道交通1号线列车运营振动对南昌八一起义纪念馆的影响为工程背景,运用傅里叶变换法和大型通用有限元软件ANSYS分别建立列车-轨道结构连续弹性双层梁模型和大地-建筑物有限元模型。以Z振级和1/3倍频程加速度级为评价指标,仿真分析了列车竖向力和横向力共同作用与仅考虑竖向力作用对建筑物的不同影响,并比较了不同列车速度、隧道埋深、列车类型对建筑物的振动影响。计算结果表明:考虑列车竖向力和横向力共同作用下建筑物的振动响应比单独考虑竖向力约增加1 dB;地铁A型车比B型车约大0.5 dB;改变隧道埋深和速度对振动影响显著。建筑物楼层对高频衰减效果很明显,对低频则有一定的放大作用。     

地下线路橡胶减振垫轨道减振性能研究

为了得到地下线路采用橡胶减振垫轨道的减振效果,建立车辆—轨道—隧道—土层—建筑物的三维有限元-无限元耦合模型,分别计算采用普通整体道床轨道和橡胶减振垫轨道2种工况下沿线建筑物的三向振动加速度振级。结果表明:列车运行引起的建筑物振动,以垂直于线路方向的横向振动为主,其次为垂向振动,平行于线路方向的纵向振动最小;采用橡胶减振垫轨道后,楼柱节点的横向、纵向加速度振级明显减小,且随着距地面高度的增高,降幅基本一致,约为8.9 dB;采用普通整体道床轨道和橡胶减振垫轨道时,楼板垂向振动规律基本一致,即随着楼层的增加,楼板垂向振动呈现先减后增的趋势,但是差别甚小。与普通整体道床轨道相比,橡胶减振垫轨道可以降低楼板垂向加速度振级约9 dB。