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1、北京地铁1号线地面振动响应测试与分析由于所研究的问题主要是地铁列车振动对精密仪器的影响,关心的振动量为0.5~100×10-6g,属于微振动范围,因此需要特殊的测点方式并配备高精度的量测仪器设备.本文的测试和讨论主要针对振动敏感仪器(精密仪器),目的是为研究特殊的减振措施提供依据.地面交通车辆、地铁交通等引起的环境振动对精密仪器的影响受到各国学者关注.Naggar,Hes-ham[1]详细论述了放置敏感仪器的建筑物基础受地面振动的影响,考虑了仪器运行时基础的动力反应,并现场测试记录了交通引起的地面振动加速度
2、值.Crispino[2]的研究表明,实际的交通车流的车速一般不可能与振动水平之间建立很好的相关关系.,峰值质点速度(PPV)为0.03~0.5m/s.关于精密仪器的环境振动评价标准,Amick[9]认为,测试数据的处理分析最好在频域内采用均方根值(rms),对于采用何种度量单位如位移、速度、加速度都没有本质的差别.Gordon[10]回顾了振动敏感仪器的各种环境振动评价标准曲线(TheVCCurves),这些标准主要是为振动敏感仪器的生产和隔振措施提供设计依据.最初的环境振动评价标准曲线大多考虑4~100
3、Hz的频谱范围,这是因为当时的仪器对低于4Hz的低频干扰不很敏感.后来的仪器由于采用了气动隔振系统(pneumaticisolationsystems),如空气弹簧作为仪器装置的一部分,有人建议标准曲线考虑1~3Hz的低频成分,因为这是仪器隔振装置的共振频率.1测试仪器和测点布置测试采用LanceAS130型高灵敏度加速度传感器,测试数据由24位动态信号采集记录系统进行采集和记录,其加速度传感器的指标为:灵敏度40V/g,量程0.125g,频率范围0.2~1000Hz,分辨率0.5×10-6g,温度范围-4
4、0~120℃.对北京地铁1号线东单—建国门区间上行约40km/h出站断面进行了测试,现场采样频率为640~750Hz.沿垂直线路方向,距离线路中心线27m,40m,80m,100m分别布置4个测点,对应的测点编号分别为CH1,CH2,CH3,CH4.如图1所示.2测试结果分析为了研究环境地面振动对精密仪器的影响,测试结果的分析主要是针对精密仪器的.选用电子显微镜Teai30为代表,其正常工作对环境振动要求的1/3倍频程频谱如图2所示.图2中区域被两条曲线划分为3个区.当振动加速度的均方根值位于Ⅰ区,仪器能正
5、常工作;位于Ⅱ区,仪器量测结果需作进一步分析;位于Ⅲ区,仪器不能正常工作.测试结果主要以3个区为标准进行评价.本次测试,地面及地下无车时的背景记录共测试3次,小汽车记录2次,公交车记录6次,地铁G型车记录16次,地铁S型车记录7次.其它如小面包车、中型汽车记录各2次,可作为对比参考.这里给出距线路中心线27m处地面振动的典型时程,如图3所示.经过随机信号分析得到的1/3倍频程频谱,如图4所示.对测试结果的讨论采用1/3倍频程谱均值,必要时给出上下限包络线.从图5中知,无车时环境背景振动在整个分析频带的最大值
6、不超过30×10-6g.2.2对比分析环境背景振动、小汽车、小面包车、中型汽车、公交车、地铁G型车、地铁S型车地面振动的1/3倍频程谱均值的综合比较如图6所示.(1)距离线路中心线27m处如图6(a)所示,在1~2Hz和8~20Hz频段,各车辆的地面振动均有进入Ⅱ区或Ⅲ区的点,此时地铁地面振动的贡献与公交车相当.大于5Hz频段,除背景振动和小面包车以外,都有超出Ⅰ区的点,其中公交车的地面振动进入Ⅲ区,地铁地面振动进入Ⅱ区.小汽车、中型汽车、公交车等地面车辆的地面振动响应的主要频率成分约为10~30Hz,地铁
7、地面振动的主要频率成分约为10~30Hz和50~80Hz.在低于4Hz频段,地铁列车的地面振动超出其它车辆的地面振动;在10~30Hz频段,公交车的地面振动最大;在50~80Hz频段,地铁的地面振动最大.(2)距离线路中心线40m处如图6(b)所示,在3Hz以上频段,各种车辆地面振动量级大幅降低;小于3Hz频段,谱均值有进入Ⅲ区的点,但不超过20×10-6g;大于3Hz频段,各车辆的地面振动均保持在Ⅰ区.在低于5Hz频段,地铁列车的地面振动超出其它车辆的地面振动;在10~30Hz频段,公交车地面振动最大;在
8、30~90Hz频段,地铁的地面振动最大.(3)距离线路中心线80m处如图6(c)所示,低于2Hz频段,各种车辆的地面振动均未衰减;大于2Hz频段,各车辆地面振动的谱均值都保持在Ⅰ区;20Hz以上频段,地铁的地面振动成为主要贡献者,其量级有所增加.(4)距离线路中心线100m处如图6(d)所示,低于1.5Hz频段,各种车辆的地面振动均未衰减;大于1.5Hz频段,各种车辆地面振动的谱均值都保持在Ⅰ区;20Hz以上频段
