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1、地铁引起建筑物振动评价研究论文.freel2;7层框架结构;结构混凝土强度等级为C35。1·1计算分析模型建立包括隧道、地基土和上部结构等的整体模型来计算分析地铁运行环境中建筑物的振动,似乎符合工程实际。但由于地铁运行引起轨道地基振动的资料较少,量测也不方便;目前已有的列车-轨道系统的动力分析模型也不尽合理;土-结构相互作用分析中存在许多不确定性6,土的复杂特性和计算范围等的限制,计算分析时较难真实模拟地基土。目前,在计算分析地铁引起振动时,很少建立整体分析模型7,8。作者建立上部结构的刚性地基模型,利用现场量测的地面振动加
2、速度作为输入激励,计算分析结构振动响应。取所述工程中与地铁行驶方向垂直轴线上的一榀典型框架,建立二维刚性地基模型,见图1。1·2输入激励作者会同有关人员量测了工程所在地地铁隧道正上方地面振动加速度时程。获得A测点的两组记录(记为A1、A2)和B测点的一组记录(记为B),其中每组记录包括x(垂直隧道轴线的水平方向)、y(竖向)和z(顺隧道轴线的水平方向)三个方向的时程。本研究按二维问题计算分析,因此选取x和y方向的振动记录作为结构振动分析的输入加速度时程,分别记为A1x(t)、A1y(t)、A2x(t)A2y(t)、Bx(t)
3、和By(t),其中A1x(t)、A1y(t)的时程曲线和傅里叶幅值谱如图2~图5,因篇幅有限,数据和其他图形未列出。按不同地面振动加速度输入方式分6种工况分别计算分析地铁振动引起所述工程的动力反应,6种计算工况如表1所示,表中“+”号表示同时输入x、y两个方向的地面振动加速度。2垂向振动加速度级标准给出的计算垂向振动加速度级公式5为La=20lga/a0(3)式中La为垂向振动加速度级,单位为分贝(dB);a0为基准加速度值,a0=10-6m/s2;a为振动加速度有效值,单位为m/s2。为了求出垂向振动加速度级并能够和标准规
4、定的1/3倍频程各频段对应的垂向振动加速度级限值比较,将第1部分模型和激励算得的结构在时域内的垂向振动加速度响应进行频谱分析,式中Ck表示复傅里叶系数;xm表示按第1部分模型和激励计算获得的结构垂向振动加速度时程响应;N表示xm的总个数。对第n个1/3倍频程频段内的复傅里叶系数Cn(j)进行离散Fourier逆变换,得到对应于第n个1/3倍频程频段内的加速度时程xn(k),3计算结果及分析3·1房屋自振特性利用有限元方法计算分析所述平面框架的自振特性,表2列出前20阶自振频率,表中x表示沿框架平面的水平方向,y表示竖直方向。
5、数据表明,结构的竖向振动频率非常密集,第20阶频率为19.45Hz,第40阶自振频率也只有22.65Hz(因篇幅有限,高阶的自振频率表2中未列出)。另一方面,地铁引起地面振动的频率多在35Hz以上,可见房屋自振频率要远低于地铁振动激振频率。3·2地铁振动引起建筑物振动特点1)加速度响应图6和图7分别给出工况A,即仅有竖向激励和工况B,即水平、竖向激励同时作用时,最右边跨跨中节点的水平和竖向峰值加速度响应沿楼层变化曲线。从图中可以看出,竖向振动引起结构水平向振动很小(最大仅为0.16gal),反之亦然,说明地铁引起房屋的振动以
6、竖向振动为主;振动加速度响应沿房屋高度呈衰减趋势,但不明显。2)垂向振动加速度级图8绘出工况A情况下激励加速度级曲线、楼层最大振动响应加速度级曲线和标准规定垂向振动加速度级限值曲线。其中,考虑到所述工程的特殊要求,振动加速度级限值取标准规定的最小限值。因篇幅有限,其他数据和曲线图未给出。由图8可以看出,在1Hz—40Hz的频率范围,垂向振动加速度级均低于规范标准值;40Hz—80Hz的高频范围,若干节点垂向振动加速度级超过标准限值,其中,1/3倍频程中心频率为63Hz时,第一层最右列梁柱交节点最大振动加速度级为89.85dB
7、,超出标准4.75dB。说明地铁振动以高频振动为主。在20Hz—63Hz的频率范围,垂向振动加速度级按楼层自下而上呈衰减趋势,说明在20Hz—63Hz频段内,结构的阻尼对振动的影响较大,吸收了部分振动能量;在1/3倍频程中心频率为80Hz时,结构垂向响应振动加速度级比激励的振级大,说明阻尼对高频振动影响减小,且起不利作用。图8中,激励和结构响应加速度级曲线形状一致,且相差不多,表明结构振动主要为激励振动的直接传播,弹性振动响应较小。图9绘出了工况A情况下,1/3倍频程中心频率为40Hz时,垂向振动加速度级沿楼层衰减曲线。图9
8、表明房屋的振动响应沿高度呈衰减趋势,其中4层以下衰减稍快,4层以上衰减不明显。总之,地铁及房屋振动响应主要为高频振动,且结构弹性振动响应较小。因此,要减小地铁振动的影响,主要以高频防御为主,即减小振源的高频振动。4结论1)本文利用较易量测的地铁引起地面振动加速度时程作为结构计算模型的输入激
