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.     

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。     

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。     

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。     

列车对周围地面及建筑物振动影响的试验研究

通过铁路桥梁和铁路线路附近的两次现场试验,研究列车对周围地面和邻近建筑物的振动影响。实验结果表明,无论是作为桥墩的点振源,还是作为线路的线振源,铁路附近地面环境和建筑物地板的振动均随列车速度的提高而增大,随距线路的距离增加而减小,但在距线路一定的距离存在着一个振动放大区。对于多层建筑物,较高楼层的振动大,轴重大的列车引起的振动较大;实测铁路附近的楼房地板振动很大,已经超过了我国环境振动控制标准的规定。     

城市轨道交通运营引起建筑物内振动超标治理研究

通过对隧道内、地面和建筑物内的振动测试,研究轨道结构形式、受振建筑与地铁线路距离、地层振动特性以及车辆状态对青岛嘉园居民区建筑物环境振动的影响。结果表明:造成青岛嘉园振动超标的原因是地铁列车运行引起的近场建筑物受迫振动,下行线梯形轨枕轨道起到了较好的减振作用,其引起的环境振动在标准限值内;上行线DTⅥ2扣件引起环境振动较下行线约大6 d B,且超过标准限值。在分析振动超标原因的基础上,提出了限速运行、扣件改造、分级提速的治理措施,最终将青岛嘉园建筑物环境振动控制在"特殊住宅区"65 d B的振动限值之内,解决了北京地铁大兴线青岛嘉园振动扰民问题。     

小半径曲线段浮置板轨道振动对邻近民居影响测试研究

为评估小半径曲线浮置板轨道段地铁列车下穿振动敏感建筑造成的环境振动影响,对无锡地铁2号线近距离下穿一处民居进行现场测试,从加速度时程、频谱、有效值、1/3倍频程谱和最大Z振级(VL_z,max)方面进行分析,探究民居不同楼层及不同平面位置处的振动响应规律。研究结果表明：(1)同楼层中远离线路的楼层中央加速度响应时程峰值明显大于靠近线路的楼层边缘处,而不同楼层的同一平面位置处,2楼加速度响应明显大于1楼;(2)由于浮置板轨道一阶固有频率及轮轨共振频率的影响,振源及民居不同测点加速度频谱峰值均出现在7 Hz及80 Hz附近;(3)不同楼层及不同层内平面位置的最大Z振级量值存在一定差异,各测点的平均最大Z振级在53.97～57.10 dB之间,小于规范限值67 dB。浮置板轨道在该小半径曲线段对地铁振动控制作用良好。     

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。     

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。     

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。     

既有铁路列车运营对新建下穿隧道的振动影响

以在建的某城际铁路暗挖隧道段下穿既有铁路线路为工程背景,对既有铁路列车运营对下穿隧道的振动影响展开研究,得到如下结论:因施工前对既有铁路线路采取的预加固措施及对既有铁路的运行速度的限制,有效减小了既有铁路运营对新建隧道带来的影响,列车动荷载引起的隧道内力及变形并不显著,不需要单独进行加固措施设计。     

地铁车辆段天车运行引发上盖物业振动试验研究

为掌握地铁车辆段天车的振动源强特性及其在车辆内的振动传播规律,在广州某地铁车辆段进行了现场振动试验.分析结果表明:天车在车辆段运行时,接缝处牛腿振动加速度明显较大于无缝处,两者相差3～4 dB,因此建议车辆段内天车轨道使用无缝钢轨,以达到减小振动源强的目的.天车以满载和空载两种工况运行时,上盖建筑物楼板中央和柱脚振动在6～ 12.5 Hz频段有一定差异.在该频率范围,天车以满载工况运行引起上盖建筑的振动大于空载工况,而在其它频率范围则相差不大.天车引起的振动从上盖建筑物1层柱脚向3层柱脚传递时,在大于80 Hz频率范围会有一定衰减,而在30～ 60 Hz频段则会出现一定的放大,在5～ 20 Hz频段基本没有变化.天车振动能量通过阻抗较小的混凝土结构直接传至上盖建筑物,从而造成吊车运行引起上盖建筑物的振动响应较大.因此,车辆段设计时除关注列车引起的振动外,还应关注天车运行诱发上盖物业的振动.     

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。     

列车运行引起高层建筑物振动分析

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.地基士与建筑物基础间分协调接触变形和弹性接触变形2种情况处理.利用"m"法计算弹性接触变形系数,进行2种接触情况下运行列车对附近建筑物的振动影响动力分析.结果表明:在运行列车作用下,考虑土-建筑物之间弹性相互作用时建筑物楼层的动力响应峰值比不考虑时低5～10 dB;轴重大的列车引起的建筑物振动响应较大;建筑物各楼层的峰值振动强度在总体上随楼层单调递增;峰值振动强度在车速较低时随车速提高而增大,但车速超过某一临界值时,趋势发生改变.     

列车荷载作用下高铁隧道下有小净距地铁隧道穿越时的结构动力响应特性模拟分析

基于某地铁线路以极小净距下穿京张高铁盾构隧道工程,采用人工激振函数模拟列车振动荷载,分析不同工况下的隧道动力响应特性,探讨了高铁隧道结构的振动加速度、振动速度及竖向位移规律。模拟研究结果表明:隧道监测点振动幅值变化不仅与振动强度有关,还与激振源荷载作用位置有关,高铁隧道中心截面前后±15 m范围内的位移响应最大;隧道交叉位置呈现显著的振动放大现象,造成列车动荷载影响下衬砌结构薄弱区;振动响应总体趋势为自仰拱向拱顶逐渐衰减,即仰拱为隧道振动响应的最不利位置;考虑不同工况,高铁隧道结构的最大振动加速度、振动速度和竖向位移分别为110.204 mm/s~2、3.006 mm/s、0.043 4 mm,低于结构安全振动控制标准的限值,满足安全要求。     

轨道交通引起的环境振动问题

随着社会经济的发展和人民生活质量的提高,振动对环境的影响已经引起了越来越多的关注。系统地综述了国内外关于轨道交通引起的环境振动问题的研究状况,分析了振动对人们工作和生活的影响,振动产生的原因,列车速度影响,振动的持续时间、强度分布等特点,以及地面铁路、高架轻轨、地铁列车等轨道交通系统引起的周围环境及建筑物振动的基本规律。     

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。     

北京地下联络线运营列车振动对既有地铁结构的影响

采用动力有限元数值方法,分析在建北京地下联络线列车运营对既有地铁结构的振动影响,根据相关的振动控制限值对全线既有地铁结构的安全性进行预测评估.以车轨耦合方法模拟列车移动荷载,采用弹簧一阻尼吸收边界模型以减弱动力边界反射波的影响.结果表明:地下联络线列车运营对既有地铁结构4个区段有一定程度或明显地振动影响,需在这些区段采取减振量为8～12 dB较高的减振措施,减振长度为在既有地铁结构对应的地下联络线长度基础上,两端各增加一段缓冲长度,列车进入端缓冲长度取200 m,列车离开端缓冲长度取100 m.     

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。