浅论地铁激励下振动的传播规律及建筑物隔振减振研究

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1、⑧申请同济大学T学博士学位论文地铁激励下振动的传播规律及建筑物隔振减振研究培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程结构工程申跃奎丁洁民教授二oO七年三月摘要随着城市地铁交通的迅猛发展，地铁振动对人们生活学习也产生了一定的影响，地铁振动己成为一种振动公害。但是对地铁振动的认识还很不全面，在振源、振动在土壤中的传播、建筑物的减、隔振技术和人体对振动的感觉等方面都还有很多研究工作要做，为此本文围绕地铁振动问题进行了研究，取得了一些有实际应用意义的结果。首先，从理论分析入手，研究了地

2、铁振动波在多层土壤介质中的传播特性，涉及体波、表面波和饱和土中波等内容，分析了波的反射、透射、衰减规律和地面振动中各种波的比例关系。第二，对地铁振动在地表的传播规律进行了实测研究，对实测数据进行了快速付立叶变换处理，分析了振动的振级及衰减规律。结果表明地铁振动的竖向振动大于水平方向，考虑环境影响时可以仅考虑竖向振动分量。竖向振动在地铁隧道附近以40．80Hz的为主要振动，振级超出《城市区域环境振动标准》文教区昼间70dB的要求，高频振动随着到隧道距离的增加迅速衰减，5m以外环境振动振级满足规范要求；30

3、m以外，10．60Hz的振动水平相当。第三，在已有研究的基础上，正确地解决了地铁振源问题；利用有限元分析技术，成功地模拟了地铁振动在土壤中的传播。在数值分析方法中讨论了模型大小、单元大小、阻尼选取、时间步长和动力边界处理对模拟计算的影响。用不同边界条件下的结果对比作为标准，判断模型大小和边界条件的合理性；论证了单元大小为分析波长的1／12．1／8时才能得到正确的结果；对于地铁振动分析，阻尼系数的选取必须顾及高频的影响，不能仅按模型的前几阶固有频率来确定。经验证，模拟结果和实测数据在频谱分析上有很好的相似

4、性，借此进一步分析了土壤中波动的传播规律。第四，分析了地下连续墙对于天然基础和深基坑基础(这时和围护桩合一)的隔振效果。将屏障的深度、厚度和材料刚度特性作为参数进行分析，结果认摘要为隔振效果对屏障的材料刚度最敏感，其次为屏障的厚度，再其次为屏障的深度。认为混凝土地下连续屏障的隔振效果不是很明显。第五，为了解决近地铁房屋结构的减振问题，利用上述方法研究了砂垫层的地铁隔振效果；作为极限情况，分析了隔振效果和剐度的变化关系。结果认为砂垫层的隔振效果不明显，利用桩基础和基础底板下预留空隙的办法可以比较有效的隔振

5、。最后，探讨了弹簧隔振器在地铁隔振中的隔振原理，分析了弹簧隔振的设计方法及效果，结果表明弹簧隔振器对于地铁振动有很好的隔振效果，可以降低振动11．15dB。同时研究了地铁振动在建筑物中的传播规律，水平振动沿楼层高度方向减小，z向振动则在结构自振频率段附近被放大，且在本工程中振级沿高度增大，增大对板中点、梁中点和梁柱节点呈现不同的规律，板上点增大最多，梁柱点最少。虽然水平振动的振级都还在现行规范和规程的控制范围内，但很多点z向振动已超出规范限值，使得隔振交得必要。关键词：她铁振动，1／3倍频程，振级，数值

6、模拟屏障隔振，砂垫层，弹簧隔振器，lIAbstractABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsubway,Someshortcomingsarealsobeenfound．Oneofthemisvibration,whichiscalledasocialeffectsofpollutionandshouldbecontrolled．Butourknowledgeaboutsubwayvibrationislimited，especiallyaboutvibrationexci

7、tingforce,vibrationpropagationinsoil，vibrationisolationorreductionofbuildingandSOon．Sothedissertationfocusesonthesubwayvibrationproblemandhasobtainedsomevaluableresult．First，thevibrationpropagationcharacteristicinlayeredsoilhasbeeninvestigatedtheoretical

8、ly,whichareconcernedwithbody-wave，surface-waveandwaveinsaturatedclay．Meanwhilewavereflection&transmissionandreductionlawarealsobeenstudied．Second，thesubwayvibrationismeasuredinfieldandtimehistoryofaccelerationaretransformb