地基和基础对建筑物地铁振动响应影响的研究

随着我国地铁建设的飞速发展和城市用地日益紧缺,建筑物与地铁线路的距离越来越近。对于临近地铁的新建建筑,在设计阶段对于建筑结构开展抑制地铁振动的优化设计渐趋必要。以某临近地铁的待建建筑物为研究对象,采用数值仿真方法,对不同基础形式(桩筏基础和筏板基础)及不同地基类型(非挤土地基和挤土地基)建筑物的地铁振动响应进行对比分析,结果表明:桩筏基础抑制地铁振动的能力略优于筏板基础,基础形式变化对建筑物室外振动的影响不显著,且不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,基础形式不同使建筑室内振动分布发生变化,但变化的规律性不显著;非挤土地基抑制地铁振动的能力明显优于挤土地基,地基类型变化亦不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,但对建筑室外和室内振动响应的影响都较为显著。

考虑土-结构相互作用的大型商业综合体建筑结构地铁振动响应研究

大型商业综合体建筑结构的平面与竖向通常不规则,并且往往与地铁线路的距离较近,导致其在地铁振动作用下的响应相对复杂。基于天津市在建地铁四号线及其附近某商业综合体的实际工程项目,采用Abaqus建立了土体-地铁-大型商业综合体建筑结构的有限元模型,研究了土-结构相互作用、非一致激励以及不同楼面活荷载对上部结构振动响应的影响规律。结果表明,不考虑土-结构相互作用将显著高估地铁振动对上部结构振动响应的影响;分析时采用一致振动激励将忽视结构平面范围不同区域内竖向振动响应的差异,并显著高估部分位置处的竖向振动响应;此外,人群、商品、设备等附加楼面活荷载可以起到降低地铁振动作用下上部结构振动响应的作用。研究结论有助于准确评估地铁振动对环境的影响。

废轮胎隔振墙对地铁振动的隔振性能影响分析

目的研究在振动传播土层中设置废弃橡胶轮胎隔振墙的隔振效果,降低地铁列车运行引发的环境振动对沿线建筑物的振动干扰。方法基于ABAQUS平台建立“土体-隧道-隔振墙”模型,列车激励荷载以简谐激振函数来表示,并编制VDLOAD子程序实现移动荷载的施加,模拟地铁列车运行的振动荷载效应,研究废弃橡胶轮胎隔振墙在不同宽度、深度、长度、位置、排数以及填充材料等影响因素下的隔振性能。结果隔振墙的墙深达到或超过隧道埋深时,隔振效果更好;隔振墙厚度对隔振效果影响较小;隔振墙长度取100 m或10倍隔振墙与振源间距时,隔振功能才能得以发挥;隔振墙与振源的最优间距应设置为隧道埋深的1.25~1.875倍;隔振墙排数越多,隔振效果越好;由刚性填充材料组成的隔振墙更适合应用在软土场地中,由柔性填充材料组成的隔振墙更适用于硬土场地中。结论在解决地铁沿线环境振动干扰问题时,采用在被扰结构物与轨道振源之间设置废旧轮胎隔振墙的方法,能够阻隔地铁轨道振动的传播路径,从而达到减轻、隔绝不良环境振动的目的,且该方法具有环境危害小、工程实用性和可行性高、经济性好等特点。

不同阻尼模型对地铁振动下结构动力响应分析的影响研究

在结构的弹性动力响应分析中,阻尼具有重要的影响,直接决定了结构的耗能与衰减行为。准确地理解不同的阻尼模型的适用条件对实际工程问题的分析具有重要意义。地铁振动激励下的结构动力响应分析具有以下特点:地铁振动激励强度小,结构通常保持弹性,结构的动力响应行为直接受阻尼影响,合理的阻尼耗能对于分析结果的可靠性至关重要;地铁振动的频域范围宽,容易激发结构的多组高阶竖向振型,分析中需要合理考虑各阶振型的阻尼行为。各类阻尼模型由于建立在不同的基本假设之上,适用范围各有不同。粘性阻尼模型和滞变阻尼模型是结构动力分析中常见的两类阻尼模型,为明确不同阻尼模型在地铁振动激励下的结构动力响应分析问题中的特点,从两类模型中各选取了一个典型代表(分别为Rayleigh阻尼和通用频变阻尼),并针对四类常见的典型结构(混凝土框架结构、钢框架结构、混凝土剪力墙结构、钢框架-支撑框筒结构)进行了分析。研究结果表明:采用Rayleigh阻尼时,需根据结构动力特性与荷载频率分布合理定义参考频率区间,相对于覆盖荷载主要频率的参考区间,仅覆盖结构自身前10阶竖向振型的参考频率区间过窄,在该文的频率区间下,后者的顶层竖向峰值加速度比前者小49%~92%;通用频变阻尼只需直接定义预期的阻尼-频率关系,与宽参考频率区间的Rayleigh阻尼模型相比,顶层竖向峰值加速度在其75%~156%,对不同的结构、同一结构的不同位置均不同。

地铁振动作用下上部正交综合管廊动力响应试验研究

为揭示地铁振动荷载作用下上部正交管廊的动力响应规律,采用缩尺物理模型试验的方法,利用激振电机模拟地铁列车运行时产生的振动荷载,研究地铁隧道‑黄土地基‑综合管廊传播路径下地铁运行振动的传播规律及管廊结构的动态响应特征。试验结果表明:地铁运行产生的振动由隧道顶部向上部土体传播的过程中表现出先骤减后缓慢减小的规律,加速度响应主要集中于隧道上部40 cm(原型4 m)区间,动态土压力则在隧道顶与其上部管廊垂直间距80 cm(原型8 m)全段均有较明显的响应。上部正交综合管廊顶、侧、底板与周围土体的动态接触压力响应明显,并且在相同振动荷载作用下表现出相对稳定的比例关系。随着地铁振动荷载的增强,上部正交管廊的结构加速度响应逐步增强,而管廊结构与周围土体的动态接触土压力增长幅度更为显著。

地铁振动荷载下小半径曲线段隧道周边土体孔隙水压力响应及沉降研究

为研究地铁列车循环荷载作用下小半径曲线段隧道周边土体孔隙水压力变化情况以及对隧道沉降变化的影响,以郑州地铁一号线一期工程为研究背景,通过对隧道周边土体孔隙水压力进行现场实测,采用轨道几何不平顺管理值相应的激振力来计算地铁列车振动荷载,并利用MIDAS软件对地铁列车振动荷载作用下小半径曲线段隧道周边土体孔隙水压力变化引起的隧道沉降规律进行仿真模拟。结果表明:地铁列车循环荷载的长期振动作用以及振动荷载作用引起的隧道周边土体孔隙水压力变化是引起隧道沉降的主要原因;隧道周边土体孔隙水压力在列车运行初期较大,且土体埋深越深孔隙水压力越大,随时间增长土体孔隙水压力逐渐减小;列车循环荷载作用下隧道周边土体孔隙水压力在短时间内呈上升状态,当列车停止运行后,隧道周边土体孔隙水压力逐渐消散,最终达到平衡稳定状态;由隧道周边土体孔隙水压力消散引起的隧道固结沉降量先是迅速增长,随后增长速度放缓直至趋于稳定;土体中产生的超静孔隙水压力逐渐消散,可以预测随列车振动对周围土层不会产生变形危害。

软土隧道地铁振动效应现场实测与数值分析

为揭示列车运行软土隧道瞬时响应和长期沉降的影响,以上海地铁9号线某区间隧道为例,采用现场实测和动力有限元方法分析了软土隧道的自由场响应特征,基于经验公式法评估了隧道长期振动沉降.实测结果表明,隧道近处的地层响应以竖向振动为主,振动加速度总体上服从竖向加速度最大、横向加速度次之、纵向加速度最小的规律.隧道周围30 m范围内竖向加速度为0.02~0.32 m/s^(2),横向加速度为0.02~0.26 m/s^(2).竖向加速度在横向上以弧线状向外衰减,隧道斜上方和斜下方地层存在横向加速度放大现象,地层振动主频为0~400 Hz.地铁振动引起的土体动偏应力比小于2%,最大超孔压约为1.1 kPa.地铁运行初期隧道振动沉降主要来自土体不排水累积塑性变形,长期振动沉降则主要来自超孔压消散引起的固结沉降.研究软土地层响应特征有利于揭示地铁振动的传播过程.

地铁振动下基础隔振效应的实测与分析

对地铁附近的装有隔振支座的建筑物进行振动实测,获得了在地铁振动下基础和地下室地面的振动加速度时程记录.先在时域内,分析隔振后加速时程的变化,得到隔振的大致效果,然后计算出相应的傅立叶谱和1/3倍频程谱,可以得到隔振后振动在各个频段上的变化.在此基础上讨论隔振装置对地铁的振动传播的影响.结果表明:地铁运行引起的主要振动分量在45～75Hz,隔振装置对地铁振动水平分量的隔振效果显著,而对垂直分量有放大作用.

地铁振动荷载作用下饱和软粘土性状微观研究

位于或穿越饱和软粘土层中的地铁隧道在运营之后,沿轴线产生较大的沉降量,很大程度上与饱和软粘土在地铁振动荷载作用下土体微观结构的变形和破坏、发生残余变形有关.通过扫描电镜试验对饱和软粘土颗粒的微观性状进行了研究,从土的微结构基本单元的形状和大小、基本单元体的接触状态、基本单元体间的联结形式、孔隙的形状和大小以及土体变形3个阶段的力学特性等方面进行较深入的研究.另外,将原状土和循环三轴试验破坏后两种状态的土样作了对比,从微观的角度解释了土体的变形机理.研究成果对有效控制、避免或减轻隧道经过地区地面沉降灾害的发生,指导地铁工程的设计、施工以及地铁运行后沉降的预测评价和防治等提供了有价值的参考.

地铁振动的地表低频响应预测研究

地铁振动引起的环境问题备受人们的关注,特别是近年来,低频(<20Hz)振动对高精密仪器和设备、古建筑物等的影响已成为焦点。如何采取合理的减振措施将低频振动的影响降到最低是亟需解决的问题。在北京交通大学轨道减振与振动控制试验室,开展钢弹簧浮置板轨道和普通轨道低频振动试验;基于地表低频响应测试数据,结合"钢弹簧浮置板轨道-隧道-地层"和"普通轨道-隧道-地层"耦合的三维有限元数值模拟结果,采用回归分析的方法,研究地表低频响应受激振频率(1～20Hz)、距轨道水平距离(0～100m)和轨道埋深(10～30m)等因素的影响,推导出地表低频响应量分析公式。将公式预测的地表低频响应量的最大值分成II、II、II和IV四级响应带,进一步讨论响应带分布与轨道埋深、距轨道水平距离和轨道基频等关键因素的关系,从而为减少地铁振动的地表低频响应措施提供参考。

地铁振动荷载作用下隧道土体变形数值模拟

上海地区地铁隧道主要埋设于第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土层中,根据长期监测资料的分析,地铁列车的振动对隧道周围土体强度和变形有较大的影响。利用室内动三轴试验结果确定土体的动弹性模量,采用数值模拟的方法计算饱和软粘土地区地铁振动荷载作用下隧道周围土体的变形,由此进一步计算出地铁振动荷载作用下引起的地面沉降量。通过计算的地面沉降量与实测值比较,其结果与工程实际相吻合。因此可以利用此方法对地铁运营后的沉降量进行评价和预测,为地铁工程的设计、安全运营以及对周围建筑物的影响提供有价值的参考。

地铁振动作用下穿越地裂缝隧道-地层动力响应模型试验研究

以西安地铁工程为背景,设计了穿越地裂缝隧道——地层动力响应试验模型,开展了地铁振动作用下穿越地裂缝隧道——地层相互作用的动力模型试验,揭示了地裂缝活动及地铁列车振动时对位于地裂缝处地层的动力响应规律。试验结果表明:在地裂缝未活动时,隧道拱顶位置的加速度响应与拱底相比,其值相对较小,表明地铁列车振动引发拱底部的振动加速度,通过衬砌传递至上覆岩土体时,加速度发生了显著的衰减;当地裂缝上盘下降时,隧道拱底及拱顶测点产生的振动响应比地裂缝未活动时明显更为强烈。表明地裂缝的活动对隧道结构振动特性具有显著影响;受地铁列车运行位置变化和地裂缝上盘下降的双重影响,地裂缝两侧土体振动加速度幅值有明显的差异,这会对隧道结构的振动特性造成不利影响,在设计中应采取适当措施,防止造成隧道衬砌的局部损伤或破坏。

地铁振动对邻近砖混结构住宅影响研究

以北京地铁沿线附近某砖混结构住宅作为监测对象,在建筑物各层布置传感器,监测地铁通过时建筑物的振动加速度,对监测数据在时域和频域范围内进行分析。建立隧道-土层-建筑物的三维有限元模型,研究砖混结构住宅的振动响应。研究表明:地铁运行引起邻近砖混结构的振动以竖向为主,振动主要集中在40～80Hz,随着房屋高度的增加低频振动影响逐渐显现。砖混住宅各层加速度监测结果与数值模拟结果相吻合,验证了有限元模型的正确性。通过对多种工况下地铁运行引起的邻近砖混结构住宅的振动响应的研究,明确了近接距离、土层性质和隧道埋深对砖混结构住宅振级水平的影响规律,为地铁沿线建筑物的改造及规划提供了参考。

地铁振动对既有砌体结构影响的试验研究

以某两栋砌体结构为工程实例,对上海某线地铁振动进行了现场实测,分别从振级和1/3倍频程振动加速度级两方面研究了地铁对建筑物振动的影响规律。测试结果表明:对两栋5层砌体结构,楼板振动沿层高呈增大趋势,顶层的竖向振级比底层大2～4dB,水平向振级比底层大6～7 dB,昼间时段中高峰期的三向振级均大于非高峰期的振级,同时昼间时段振级均大于夜间时段振级;房间中央的楼板振动大于墙边和楼梯楼面的振动;地铁对建筑物的振动主要为10～25Hz低频振动。

地铁振动衰减特性研究

首先建立隧道-土体有限元模型，分析了1～80Hz的振动在距隧道中心170m范围内振动速度和加速度的衰减特性．将轮轨动力耦合分析获得的不同地铁轨道作用在道床上的动荷载作为有限元分析模型中的作用力，计算分析了不同轨道结构地段的地表振动传播特性，结果表明：在50m范围内浮置板减振效果明显，在50m以上轨道减振形式对地面振动影响不明显．

地铁振动环境及对建筑影响的研究概况

介绍了国内外地铁振动环境及对建筑影响研究概况,系统阐述了地铁振动的产生、传播和相关因素等理论,并进一步探讨了地铁振动的控制措施。

地铁振动对既有砌体结构影响规律及因素数值分析

以上海某地铁线路邻近砌体结构为研究对象，建立详细数值模型。以楼外实测振动加速度为输入激励，实测室内振动响应校核模型参数。通过数值分析，研究振动随楼层变化规律及同楼层内不同楼板结构、不同房间大小等因素对振动响应分布规律影响。结果表明，列车经过时较大跨度的室内楼板中央竖向振级较楼板墙边振级大1#3 dB；预制板房间竖向振动强度大于现浇板房间，预制板间灰缝处对振动强度有一定放大作用；房间进深参量对振动强度影响较小可忽略不计，进深与振动强度大小关系与进深尺寸及开间尺寸大小有关；开间参数对竖向振动影响较大，开间越大，振动强度越大；振动强度与楼板角部及周边约束情况关系密切。

地铁振动荷载下隧道周边土体孔压响应特征研究

本文依托上海地铁9号线开展地铁振动荷载下隧道周边土体孔隙水压力长期监测。监测结果表明:列车振动荷载施加后,超孔隙水压力迅速产生并急剧上升;隧道拱腰深度的超孔压约为1.2k Pa;最后一班地铁列车通过后,孔隙水压力逐渐消散;停运5min时,超孔压消散80%左右。由于盾构施工产生的超孔压远比振动产生的超孔压大,现场测试主要表现为施工产生的超孔压消散。超孔压分布规律为:隧道拱腰以上,超孔压随深度有增大趋势,拱腰以下,超孔压随深度有减小趋势;拱腰周边,超孔压较大,超孔压等值线较密集。

建筑基础弹性垫地铁振动控制工程应用研究

本文总结现有实际项目应用经验,分析了建筑基础弹性减振垫振动控制原理及设计参数,提出了控制方案设计基本流程,对建筑地铁振动及结构噪声预测方法、适用标准限值、弹性减振垫选型设计、材料性能要求等关键问题进行了探讨,给出了建筑基础弹性减振垫施工工艺和关键技术处理方法。本文研究成果可为地铁临近新建建筑地铁振动控制工程应用及相关标准规范制定提供参考。

地铁振动荷载作用下场地动力响应及振动衰减规律研究

地铁列车运行引起的场地振动对临近建筑、精密仪器等带来不可忽视的影响。为了研究场地在地铁运行振动荷载作用下的动力响应规律,基于ABAQUS软件建立了地铁隧道-土相互作用系统的二维有限元模型,并通过现场试验监测数据验证了模型的有效性。在此基础上,通过对场地表面振动峰值速度和加速度时程分析,研究了隧道埋置深度、土体阻尼比、土体不均匀性对场地地表振动特性及衰减规律的影响。研究结果表明:在一定范围内,土体表面的动力响应随着隧道埋置深度、土体阻尼比的增大而减小;不同土质条件下的场地地表的动力响应有一定的差别,但随着距离的增大,差别逐渐缩小。基于上述参数分析,采用MATLAB对峰值速度衰减曲线进行拟合,给出了场地振动衰减预测公式,可为振动敏感建筑场地的选择提供参考。