地铁振动对古建筑的影响

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1、论文编号：CS+rAM20lI-E02—0037地铁振动对古建筑的影响·袁明1，雷震宇2，吴宪迎2(L同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海200331l2．同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海200331)摘要：明确了评价古建筑振动的规范要求，运用轮轨耦合动力学模拟普通轨道和浮置板轨道形式的载荷，利用有限元软件ANSYS计算这两种载荷作用下宁波天宁寺塔的振动响应，并对结果做出评价．关键词；地铁振动；古建筑；轮轨耦合；有限元作为城市的主要交通干线，地铁经常通过城市的人流稠密区、建筑物林立的闹市区和风景区，还有精密仪器、古代建筑群等对振动和噪声比较敏感的地区。当列车在地

2、下铁道中运行时，其上部的建筑物就会受到列车所引起的地基或地表的振动的影响，而古建筑由于年代久远，其结构的抗振性和耐久性日渐衰退，对于振动更为敏感。既保证实现规划线路，又保证文物的安全，是个高难度问题。国外已有地铁振动导致古建筑倒塌的记录，但是这方面的研究极少。本文采用有限元计算软件ANSYS，计算古建筑对列车振动载荷的动力响应，分析地铁振动对古建筑的影响。宁波轨道交通1号线附近共有市级文物5处，国家级文物2处，本文主要研究宁波轨道交通1号线穿越天宁寺塔的振动影响。天宁寺塔及遗址为第六批全国重点文物保护单位，是我国江南地区现存原体保存最完整的唯一一座唐代密檐式砖塔，具有极

3、大的保护和研究价值，也是宁波名城的标志性建筑之一。宁波轨道交通l号线与天宁寺塔平面关系见图1。图1宁波轨道交通1号线与天宁寺塔平面位置关系图1评估标准根据《古建筑防工业振动技术规范》【l】的要求，评价古建筑振动的标准是古建筑水平方向的振动速度，而～般研究地铁振动对建筑物的影响时通常考察的是建筑物的竖向加速度，因此研究地铁振动对古建筑的作者简介：．袁J强(1987一)，男，江苏人．在读硕士研究生，研究方向为地铁振动控制(E．mail：ymnuaa@126．corn)；雷震宇(1970一)，女，四川人．副教授，主要研究方向为模糊随机有限元及其在结构可靠度分析上的应用j吴宪迎

4、(1986一)，男，河北人，在读硕士研究生．研究方向为地铁振动控制．·I．274·影响有别于对一般建筑物的研究。古建筑砖石结构的容许振动速度见表1。表1古建筑砖结构的容许振动速度[v](mm／$)砖砌体Vp(m／s．保护级别控制点位置控制点方向<16001600、2100>2100全国重点文物承重结构最高处水平O．15O．15～O．20O．20保护单位省级文物承重结构最高处水平O．270．27～0．360．36保护单位市、县级文物承重结构最高处水平0．450．45～0．60．6保护单位天宁寺塔属于国家级文物保护单位，取其容许振动速度0．15mm／s。2有限元模型天宁寺塔

5、距宁波地铁一号线水平距离20米，塔基与轨道平面高差19．6米，取模型宽100米，深80米，采用有限元计算软件ANSYS进行建模，地层参数及结构材料参数见表2、．3。表2地层参数土层厚度重度压缩模量粘聚力内摩擦角层序土层名称(m)(kN／m，)(MPa)(kPa)(。)l填土3．318．03．505．O15．O2淤泥质粘土3．917．44．4514．015．83淤泥质粘土5．617．24．3513．817．O4粉质粘土5．417．66．2215．923．2，5淤泥质粉质粘土2．018．17．5315．718．06粘土8．019．213．1037．117．27粉质粘土5．4

6、19．O14．0815．025．58粉质粘土lO．418．716．5014．022．59粉质粘土10．O17．619．3416．820．710中砂12．217．417．0515．911．5ll粉质粘土lO．718．722．471．O34．012含砂粉质粘土3．118．727．4026．O15．5表三结构材料参数结构材料密度(kg／矿)弹性模量(GPa)泊松比隧道衬砌260034．5O．25道床250031．5O．25天宁寺塔砖石结构20001．2O．15边界采用粘弹性人工边界单元【2】I引，以减少边界反射波的影响；土体的本构模型采用ANSYS程序里的Drucker--P

7、rager模型。有限元模型见图2。·I．275·凹2有限元模型3列车动载荷的模拟模拟普通轨道形式和浮置扳轨道形式两种不同的轨道形式下列车的动载荷。浮置板轨道形式示意图如图3所示。圈3浮置扳轨道示意圈31轮轨耦台动力学模型运用车辆轨道耦合动力学原理，建立普通轨道形式和浮置板轨道形式的轮轨耦台动力学模型lq，如图4所示。毋。霭霭眢蓄蓄冒雪雪雪鼋，蟊蟊盛盛叠鼋。血oooooa)营进轨道轮轨耦台动力学模型(b)浮置扳轨道轮轨耦舍动力学模型圈{车辆轨道耦台动力学模型普通轨道结构采用双质量(轨枕和道床)二层(钢轨—轨枕一道床一路基)弹簧一阻尼系统支承