南京南站高速列車(chē)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響實(shí)測(cè)及分析

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1、南京南站高速列車(chē)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響實(shí)測(cè)及分析顏鋒張楠張高明錢(qián)基宏中國(guó)建筑科學(xué)研宄院北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)膣在第三代鐵路客站建設(shè)中，站橋合一的建筑結(jié)構(gòu)形式大量出現(xiàn)，列車(chē)對(duì)站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)影響也開(kāi)始變得明顯。木文對(duì)列車(chē)運(yùn)行時(shí)南京南站的站房結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)。根據(jù)站房結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置的測(cè)試結(jié)果，對(duì)振動(dòng)加速度和位移響應(yīng)的極值、頻譜特性、振動(dòng)分布和時(shí)程特點(diǎn)等進(jìn)行了分析。同時(shí)根據(jù)輪軌關(guān)系理論建立了站房有限元計(jì)算模型，進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)分析計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明理論計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值較為接近，證實(shí)了列車(chē)振動(dòng)影響計(jì)算方法是可信的。關(guān)鍵詞：振動(dòng)

2、;南京南站;列車(chē)風(fēng);輪軌激勵(lì);舒適性;南京南站總建筑面積近55萬(wàn)m,其中中間156m范圍為主站房部分，東西兩側(cè)各158m范圍為無(wú)站臺(tái)柱雨棚部分。南京南站包括寧安場(chǎng)、滬漢蓉寧杭場(chǎng)和京滬場(chǎng)三大站場(chǎng)，共計(jì)14條列車(chē)運(yùn)行軌道，各軌道及軸線位置如圖1所示。圖1南京南站主站房示意圖1振動(dòng)測(cè)試設(shè)置為了避免旅客行走等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果造成干擾，選擇在京滬高鐵封閉聯(lián)動(dòng)測(cè)試期間進(jìn)行振動(dòng)影響的測(cè)量，進(jìn)行了地下一層頂板（出站大廳）和候車(chē)層（見(jiàn)圖2）的振動(dòng)測(cè)量。測(cè)量時(shí)南京南站主體施工已經(jīng)完成，局部裝修工作仍在開(kāi)展。施工對(duì)測(cè)量造成了一定的影響，特別是候車(chē)層由列車(chē)造成的振動(dòng)幅值較小

3、，環(huán)境和施工造成振動(dòng)對(duì)信噪比有一定影響。測(cè)量時(shí)站臺(tái)層正在進(jìn)行京滬線高鐵的封閉聯(lián)動(dòng)測(cè)試，人員和測(cè)試設(shè)備無(wú)法進(jìn)入，所以站臺(tái)層沒(méi)有進(jìn)行測(cè)量。傳感器布置見(jiàn)圖3。圖2候車(chē)層和地下一層示意圖圖3傳感器布置圖加速度傳感器選用941B型加速度傳感器。由于地下一層的柱網(wǎng)布置相對(duì)上部更密，故在地下一層頂板的4個(gè)立柱位置布置了4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)均設(shè)置在6軸上，在6軸和P軸交點(diǎn)處設(shè)置了1號(hào)測(cè)點(diǎn)（測(cè)量豎向、順軌向和橫軌向），在N軸設(shè)置了2號(hào)測(cè)點(diǎn)（測(cè)量豎向和橫軌向），在Q軸設(shè)置了3號(hào)測(cè)點(diǎn)（測(cè)量豎向），在R軸設(shè)置了4號(hào)測(cè)點(diǎn)（測(cè)量豎向），如閣4所示。候車(chē)層測(cè)點(diǎn)均設(shè)置在6軸上，在6軸和

4、P軸交點(diǎn)的樓板跨中位置設(shè)置了5號(hào)測(cè)點(diǎn)（測(cè)量豎向、順軌向和橫軌向），在6軸和N軸交點(diǎn)的柱頂位置設(shè)置了6號(hào)測(cè)點(diǎn)（測(cè)量豎向、順軌向和橫軌向），如圖5所示。其中P軸位于候車(chē)層跨中，候車(chē)層桁架跨度為43m，N、Q軸為立柱位置。圖4地下一層樓板測(cè)點(diǎn)布置圖圖5候車(chē)層樓板測(cè)點(diǎn)布置圖1.2測(cè)試工況受現(xiàn)場(chǎng)條件的制約，無(wú)法監(jiān)測(cè)到全部站臺(tái)通車(chē)的情況，監(jiān)測(cè)到的工況編號(hào)如表1所示。南京南站雖設(shè)有正線，但實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)所有車(chē)次全部?？?，沒(méi)有過(guò)站車(chē)次，測(cè)試期間也沒(méi)有監(jiān)測(cè)到高速過(guò)站工況。表1振動(dòng)測(cè)試工況2測(cè)試結(jié)果ra列車(chē)在京滬場(chǎng)進(jìn)出站時(shí)，地下一層頂板各工況振動(dòng)加速度峰值平均值如表2所示

5、。不同工況對(duì)比表明，列車(chē)在P軸運(yùn)行時(shí)，地下一層振動(dòng)響應(yīng)相對(duì)較大。最大豎向振動(dòng)加速度為44.linin/s,橫軌向加速度為24.4min/s,順軌向加速度為24.7mm/so列車(chē)在京滬場(chǎng)進(jìn)出站時(shí)，候車(chē)層頂板各工況振動(dòng)加速度峰值如表3所示。候車(chē)層振動(dòng)響應(yīng)相對(duì)地卜一層來(lái)說(shuō)較小。最大賢向振動(dòng)加速度為16.9mm/s,橫軌向加速度為9.2mm/s,順軌向加速度為9.6mm/so數(shù)據(jù)分析表明，各工況下加速度峰值的標(biāo)準(zhǔn)差均較小，進(jìn)出站時(shí)各個(gè)方向的加速度標(biāo)準(zhǔn)差均小于5mm/s,說(shuō)明加速度反應(yīng)的規(guī)律性較好。通過(guò)測(cè)得的加速度進(jìn)行兩次積分，得到位移響應(yīng)。結(jié)果表明地下一層

6、頂板和候車(chē)層樓板的位移均極小，最大值為0.014?，故不再詳細(xì)列出。表2地下一層振動(dòng)加速度峰值平均值表3候車(chē)層振動(dòng)加速度最大值Table3Peakvalueofvibrationaccelerationofwaitingfloor2.2加速度響應(yīng)分布各測(cè)點(diǎn)位置的豎向加速度分布如圖6、圖7所示，其中橫軸為測(cè)點(diǎn)距離列車(chē)運(yùn)行軸線的距離，縱軸為各工況加速度響應(yīng)峰值?？梢钥闯?，隨著距離的增加，地不一層和候車(chē)層樓板的振動(dòng)水平均顯著降低，21.5m后振動(dòng)響應(yīng)下降至列車(chē)所在位置約50%,43m后下降至約10%。2.3加速度響應(yīng)時(shí)程1）地下一層16節(jié)380A經(jīng)P軸由

7、東向西進(jìn)站時(shí)，1號(hào)測(cè)點(diǎn)三向振動(dòng)的典型加速度時(shí)程如圖8所示。波形呈前鈍后尖的梭形，以零點(diǎn)為屮心兩側(cè)振蕩。2、3、4號(hào)測(cè)點(diǎn)的波形規(guī)律與1號(hào)測(cè)點(diǎn)基本一致，但幅值小于1號(hào)測(cè)點(diǎn)。16節(jié)380A經(jīng)P軸由西向東出站時(shí)，1號(hào)測(cè)點(diǎn)三向振動(dòng)的加速度時(shí)程如圖8所示。波形呈前尖后鈍的梭形，以零點(diǎn)為中心兩側(cè)振蕩，。2、3、4號(hào)測(cè)點(diǎn)的波形規(guī)律與1號(hào)測(cè)點(diǎn)基本一致，但幅值小于1號(hào)測(cè)點(diǎn)。2）候車(chē)層樓板8節(jié)380A經(jīng)正線P軸由四向東進(jìn)站時(shí)，5號(hào)測(cè)點(diǎn)（候車(chē)層跨中測(cè)點(diǎn)）豎向振動(dòng)的加速度時(shí)程如圖9所示。從波形圖可以看出，由于受到施工影響，環(huán)境噪聲和對(duì)加速度幅值來(lái)說(shuō)較大，受列車(chē)振動(dòng)影響部分的

8、波形基木呈前鈍后尖的梭形，以零點(diǎn)為屮心兩側(cè)振蕩。閣6地下一層樓板振動(dòng)響應(yīng)分布閣圖7候車(chē)層樓板振動(dòng)響應(yīng)分布圖2.4加速度響應(yīng)