運(yùn)行列車對(duì)附近建筑物振動(dòng)影響的試驗(yàn)研究和數(shù)值分析

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1、第30卷，第5期中國(guó)鐵道科學(xué)V0L3ON0．52009年9月CHINARAILWAYSCIENCESeptember，2009文章編號(hào)：1OO1—4632(2OO9)O5一O129一O6運(yùn)行列車對(duì)附近建筑物振動(dòng)影響的試驗(yàn)研究和數(shù)值分析姚錦寶，夏禾，陳建國(guó)，魏鵬勃(1．北京交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，北京1OO044；2．石家莊鐵道學(xué)院土木分院，河北石家莊O5OO43)摘要：通過對(duì)京廣鐵路沿線附近1幢6層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，研究運(yùn)行列車對(duì)附近建筑物振動(dòng)的影響規(guī)律。測(cè)試分析表明：運(yùn)行列車引起附近建筑物樓板的振動(dòng)有隨層高增加而增大的趨

2、勢(shì)，建筑物頂層的豎向振級(jí)比底層大1～2dB；同一樓層樓板的振動(dòng)隨其距軌道的距離增大而減??；在相同車速下，貨車比客車引起的速度振級(jí)大5～6dB；此外，建筑物室外散水處的振動(dòng)大于臨近1層樓面的振動(dòng)。建立考慮地基土一建筑物基礎(chǔ)間為協(xié)調(diào)變形的列車一軌道一路基一周圍地層一建筑物系統(tǒng)空間動(dòng)力分析模型，計(jì)算運(yùn)行列車作用下的建筑物動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，給出的模型能夠較好地預(yù)測(cè)運(yùn)行列車所引起附近建筑物的振動(dòng)。關(guān)鍵詞：建筑物；列車通過；振動(dòng)分析；振動(dòng)響應(yīng)；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；有限元分析中圖分類號(hào)：X5O3．5：TB533．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

3、A多年來，許多研究人員對(duì)軌道交通引起的環(huán)境振動(dòng)做了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究L】]，在此基’』__：}礎(chǔ)上本文通過實(shí)測(cè)運(yùn)行列車通過京廣線附近某住宅-_-：[_樓時(shí)對(duì)建筑物樓板產(chǎn)生的振動(dòng)數(shù)據(jù)，分析振動(dòng)產(chǎn)生：_：_：：_：_：輿的規(guī)律；用數(shù)值分析的方法，建立列車一軌道一路：圈被測(cè)試建筑物：【：基一周圍土層一建筑物結(jié)構(gòu)空間有限元分析模型，計(jì)算分析在運(yùn)行列車作用下該建筑物的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的一致性。lIq垂0il．l石家莊1試驗(yàn)簡(jiǎn)介試驗(yàn)地點(diǎn)位于京廣線石家莊市附近，線路為3股道，試驗(yàn)選擇的對(duì)象是1棟6層磚混結(jié)構(gòu)住宅在建

4、筑物第4單元的各樓層及其他單元的2層樓，如圖1所示。該樓的總高度16．8m，層高2．8樓梯間處各設(shè)置1個(gè)傳感器。為了比較建筑物的室m，室內(nèi)外高差O．45m；垂直于線路的方向長(zhǎng)外地面和室內(nèi)1層地面的振動(dòng)差異，在建筑物的散58．4m，平行于線路的方向?qū)?2m，建筑物距離水處同時(shí)設(shè)置1個(gè)傳感器，如圖2所示。試驗(yàn)儀器邊軌的中心距為14m；設(shè)有4個(gè)單元，單元的位采用東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所的INV303／306型置按距離線路由近及遠(yuǎn)依次為4，3，2，1單元，數(shù)據(jù)采集儀和哈爾濱工程力學(xué)所生產(chǎn)的891一Ⅳ型各單元間的距離為14．6m；樓板結(jié)構(gòu)為

5、C25現(xiàn)澆速度傳感器，列車速度由LI)_98一ⅡP型雷達(dá)測(cè)速混凝土，板厚120mm；基礎(chǔ)埋深2．4m。儀測(cè)定。收稿日期：2OO8—11—04；修訂日期：2[)09一O2～16基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(5O538O1O)；比利時(shí)一中國(guó)政府合作項(xiàng)目(BIL07／07)；北京市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(8O82O21)作者簡(jiǎn)介：姚錦寶(1972一)，男，安徽安慶人，講師，博士研究生130中國(guó)鐵道科學(xué)第3O卷試驗(yàn)分2步：先測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的垂向速度響應(yīng)；!自4單元l{單元2單元l單元4單元再測(cè)量其水平向速度響應(yīng)。．1試驗(yàn)的荷載為京廣線

6、上正常行駛的旅客列車和～一Ll—i一l25一=：?—～—u．1貨車。整個(gè)試驗(yàn)共獲得建筑物樓板的振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)—■一一一—?j．¨t一53組(其中垂向29組)。試驗(yàn)中的列車速度范圍：li．基～一?，■一4×l45客車為4O～115km·h～；貨車為26～57km·圖2建筑物傳感器布置圖(單位：m)h～。選其中速度基本相同的8組客車和8組貨車的荷載數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，列車荷載數(shù)據(jù)見表1。表l試驗(yàn)中部分測(cè)次列車的荷載數(shù)據(jù)測(cè)次編號(hào)車速／(km·h)軌道編號(hào)客車荷載測(cè)次編號(hào)車速／(km·h)軌道編號(hào)貨車荷載69O21動(dòng)+17拖13632動(dòng)+59拖(

7、滿載)12463l動(dòng)+1O拖23422動(dòng)+51拖(滿載)139221動(dòng)+18拖34521動(dòng)+62拖(滿載)158221動(dòng)+11拖lO3431動(dòng)+51拖(空載)189421動(dòng)+19拖115721動(dòng)+53拖(滿載)199621動(dòng)+19拖164231動(dòng)+63拖(混編)208731動(dòng)+18拖175231動(dòng)+48拖(混編)219O21動(dòng)+14拖224321動(dòng)+61拖(滿載)時(shí)對(duì)建筑物產(chǎn)生的振動(dòng)影響，選取第12測(cè)次(=2試驗(yàn)結(jié)果分析46km·h)和第22測(cè)次(一43km·h)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這2個(gè)測(cè)次列車通過時(shí)建筑物2．1建筑物樓板振動(dòng)的

8、速度時(shí)程對(duì)比6層樓板的豎向速度時(shí)程曲線如圖3所示。為了分析旅客列車和貨物列車以相近速度通過0．12一0．6-、0．08∞O．4：0．04量0．2暑00_()_o4嘲一0．08擅一0．12幽一O．6醐一O．16—0．8010203040Ol02030