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1、1999年10月北 方 交 通 大 学 学 报Oct.1999第23卷第5期JOURNALOFNORTHERNJIAOTONGUNIVERSITYVol.23No.5地铁列车振动对邻近建筑物的影响王逢朝 夏 禾 张鸿儒(北方交通大学土木建筑工程学院,北京100044)摘 要 采用车辆—结构—土层—建筑物的二维共同作用模型分析了地铁列车振动在地面的传播特性,并计算了地面上不同位置、不同层数的建筑物的振动响应及隧道深度不同时地铁列车振动对邻近建筑物的影响.关键词 地铁列车 振动 建筑物分类号 U112VibrationEffectsof
2、SubwayTrainsonSurroundingBuildingsWangFengchaoXiaHeZhangHongru(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,NorthernJiaotongUniversity,Beijing100044)AbstractByusing2-Ddynamicmodelanalysisoftrain2foundation2soil2structures,thepropagationlawsofvibrationinsoilandtheireffectso
3、nsurroundingbuildingsofdif2ferentheightsatdifferentsitesarestudiedasundertheactionoftrainsintunnelsunder2groundatdifferentdepth.Keywordssubwaytrainvibrationbuilding随着城市人口的增多,交通问题日益突出,地下铁道以其运量大、速度快、安全可靠、运行准时等特点,成为解决城市交通的重要手段,另一方面,地铁运行时产生的振动也是世界各国普遍存在的问题1近年来,已有一些单位开始研究振动
4、污染规律、振动产生原因、传播路径与[1～3]控制方法,并得出了一些有益的结论1本文主要分析计算地铁列车对地面建筑物的振动影响,为进一步研究振动环境控制问题和城市规划设计提供参考.1 计算模型1.1 基本理论计算中采用二维平面有限元网络模型,考虑到双洞隧道的对称性,取一半处理,其有限元网络如图1所示1为使因虚拟边界产生反射波的影响减至最小,研究的地基范围宽度取为距中心线L=480m处、深度取至基岩H=60m,d为建筑物中线距线路中线的距离,h为隧道底部距地面的深度即隧道埋深.地基模拟为平面应变四边形单元,基底为固定约束,侧边界为本文收
5、到日期1998204215 王逢朝男1963年生福建三明大学讲师199818～199913北方交通大学访问学者北 方 交 通 大 学 学 报 第23卷46弹性约束,弹簧刚度为100kN/m,计算中假定材料始终保持弹性状态.土层参数及隧道结构尺寸根据北京市的地质结构情况由参考文献[4]确定,见表1,取单位宽度计算,其瑞雷阻尼系数取α=0104,β=0101.计算中建筑物取六层平面框架,梁、板、柱均模拟为梁杆单元,柱距为6.3m、2.4m、6.3m,层高为3.6m,其余材料参数见表1.梁的宽和高分别为20cm×6
6、0cm,柱的宽和高分别为50cm×50cm.表1 土层和建筑物构件参数厚度弹模密度分类泊松比-3/m/kPa/kN·m人工填土21.3×1050.3117.0砂粘土41.5×1050.3318.8砾 石6,124.3×1050.2920.8卵 石326.0×1050.2721.8基础,模筑-2.55×1070.2025.0钢筋混凝土梁,柱-2.95×1070.1825.0图1 二维有限元计算模型 图2是利用列车—轨道系统动力分析模型在计算机上进行模拟分析.得到的作用于道床底部的列车荷载激励力曲线及其功率谱,它作为动力荷载作用在隧道
7、底部上.可以看出,列车动荷载主要是由移动列车在轨道上的重力加载后形成,对一般的城市地铁,车速低于100km/h时,其主要频率在10Hz以下.v=70km/h(a)荷载曲线(b)功率谱曲线图2 列车荷载曲线及功率谱1.2 计算方法采用SuperSAP有限元分析程序中的直接积分法计算,为了保证计算精度,当列车速度为70km/h时,计算步长取Δt=0.02s,共计算330步.由于SuperSAP程序只能给出系统各节点的位移时间历程曲线,因此尚需进行微分处理,这里采用文献[5]的数值微分方法计算,已知位移时间序列为S(n),时间间隔为Δt,
8、按数值微分方法即可求出速度、加速度序列分别为v(n)、a(n),并画出速度和加速度时间历程曲线.第4期 王逢朝等:地铁列车振动对邻近建筑物的影响471.3 计算结果图3是隧道深度(轨面至地面距离)为11.8m时地面位移、
