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1、1999年10月北 方 交 通 大 學 學 報Oct.1999第23卷第5期JOURNALOFNORTHERNJIAOTONGUNIVERSITYVol.23No.5地鐵列車振動對鄰近建筑物的影響王逢朝 夏 禾 張鴻儒(北方交通大學土木建筑工程學院,北京100044)摘 要 采用車輛—結構—土層—建筑物的二維共同作用模型分析了地鐵列車振動在地面的傳播特性,并計算了地面上不同位置、不同層數的建筑物的振動響應及隧道深度不同時地鐵列車振動對鄰近建筑物的影響.關鍵詞 地鐵列車 振動 建筑物分類號 U112VibrationEffectsof
2、SubwayTrainsonSurroundingBuildingsWangFengchaoXiaHeZhangHongru(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,NorthernJiaotongUniversity,Beijing100044)AbstractByusing2-Ddynamicmodelanalysisoftrain2foundation2soil2structures,thepropagationlawsofvibrationinsoilandtheireffectso
3、nsurroundingbuildingsofdif2ferentheightsatdifferentsitesarestudiedasundertheactionoftrainsintunnelsunder2groundatdifferentdepth.Keywordssubwaytrainvibrationbuilding隨著城市人口的增多,交通問題日益突出,地下鐵道以其運量大、速度快、安全可靠、運行準時等特點,成為解決城市交通的重要手段,另一方面,地鐵運行時產生的振動也是世界各國普遍存在的問題1近年來,已有一些單位開始研究振動
4、污染規(guī)律、振動產生原因、傳播路徑與[1～3]控制方法,并得出了一些有益的結論1本文主要分析計算地鐵列車對地面建筑物的振動影響,為進一步研究振動環(huán)境控制問題和城市規(guī)劃設計提供參考.1 計算模型1.1 基本理論計算中采用二維平面有限元網絡模型,考慮到雙洞隧道的對稱性,取一半處理,其有限元網絡如圖1所示1為使因虛擬邊界產生反射波的影響減至最小,研究的地基范圍寬度取為距中心線L=480m處、深度取至基巖H=60m,d為建筑物中線距線路中線的距離,h為隧道底部距地面的深度即隧道埋深.地基模擬為平面應變四邊形單元,基底為固定約束,側邊界為本文收
5、到日期1998204215 王逢朝男1963年生福建三明大學講師199818～199913北方交通大學訪問學者北 方 交 通 大 學 學 報 第23卷46彈性約束,彈簧剛度為100kN/m,計算中假定材料始終保持彈性狀態(tài).土層參數及隧道結構尺寸根據北京市的地質結構情況由參考文獻[4]確定,見表1,取單位寬度計算,其瑞雷阻尼系數取α=0104,β=0101.計算中建筑物取六層平面框架,梁、板、柱均模擬為梁桿單元,柱距為6.3m、2.4m、6.3m,層高為3.6m,其余材料參數見表1.梁的寬和高分別為20cm×6
6、0cm,柱的寬和高分別為50cm×50cm.表1 土層和建筑物構件參數厚度彈模密度分類泊松比-3/m/kPa/kN·m人工填土21.3×1050.3117.0砂粘土41.5×1050.3318.8礫 石6,124.3×1050.2920.8卵 石326.0×1050.2721.8基礎,模筑-2.55×1070.2025.0鋼筋混凝土梁,柱-2.95×1070.1825.0圖1 二維有限元計算模型 圖2是利用列車—軌道系統(tǒng)動力分析模型在計算機上進行模擬分析.得到的作用于道床底部的列車荷載激勵力曲線及其功率譜,它作為動力荷載作用在隧道
7、底部上.可以看出,列車動荷載主要是由移動列車在軌道上的重力加載后形成,對一般的城市地鐵,車速低于100km/h時,其主要頻率在10Hz以下.v=70km/h(a)荷載曲線(b)功率譜曲線圖2 列車荷載曲線及功率譜1.2 計算方法采用SuperSAP有限元分析程序中的直接積分法計算,為了保證計算精度,當列車速度為70km/h時,計算步長取Δt=0.02s,共計算330步.由于SuperSAP程序只能給出系統(tǒng)各節(jié)點的位移時間歷程曲線,因此尚需進行微分處理,這里采用文獻[5]的數值微分方法計算,已知位移時間序列為S(n),時間間隔為Δt,
8、按數值微分方法即可求出速度、加速度序列分別為v(n)、a(n),并畫出速度和加速度時間歷程曲線.第4期 王逢朝等:地鐵列車振動對鄰近建筑物的影響471.3 計算結果圖3是隧道深度(軌面至地面距離)為11.8m時地面位移、
