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原文传递地铁运行诱发隧道下穿建筑物的振动响应分析及减振研究

论文题名：	地铁运行诱发隧道下穿建筑物的振动响应分析及减振研究
关键词：	地铁振动;钢弹簧浮置板;建筑物响应特性;有限元分析;现场实测
摘要：	随着城市地上与地下建筑物的不断增加，地铁线路不可避免地临近甚至下穿敏感建筑物，从而产生噪声和振动问题，对建筑结构和人体造成不利影响。因此，建立减振作用下的地铁环境振动分析模型，研究地铁运行诱发临近建筑物的振动响应规律，对地铁轨道减振设计、建筑物振动的预测和评价、减振系统的监测与检修都具有重要意义。　　本文考虑钢弹簧浮置板减振措施，以杭州地铁四号线某隧道下穿建筑物为工程背景，基于现场实测、理论解析与数值模拟相结合的方法，通过MATLAB、FORTRAN编程软件和ABAQUS有限元软件建立以无限元为边界的钢弹簧浮置板轨道-隧道-土体-建筑物三维有限元分析模型，探讨了建筑物、列车、减振系统的参数变化对地铁周边建筑物振动的影响规律并提出了优化建议，分析了隔振器不同损伤情况对轨道、隧道和建筑物的影响程度。主要包括以下内容和结论: 　　(1)通过现场地铁振动实测，发现地铁运行引发临近建筑物振动的主频率在25～75Hz频段内，钢弹簧浮置板减振系统对中高频成分(30～65Hz)有很好的抑制作用。有钢弹簧浮置板减振作用的超高层建筑物比无减振作用的低层建筑物的加速度振级减小约10dB，能够较好地满足振动评价标准。随着楼层的升高，振动响应变化规律为高频成分逐渐降低，低频成分逐渐增强。　　(2)采用车-轨耦合动力学和有限元-无限元相结合的方法，建立钢弹簧浮置板轨道-隧道-土体-建筑物三维数值分析模型，通过MATLAB计算轮轨力，利用FORTRAN软件编程将轮轨力施加在ABAQUS有限元模型中，能够较好地模拟出列车荷载的移动特性。通过数值结果与实测结果的时域及频域对比，验证了模型的可靠性与建模的合理性，为后续地铁环境振动的分析及预测奠定了基础。　　(3)开展地铁诱发建筑物振动的三维有限元参数影响分析，结果表明，地铁下穿建筑物时，地下室的存在会使建筑物振动增强;在建筑物与隧道中心线距离20m附近出现了振动放大现象;建筑物体量越低对低频振动(3.15～16Hz)的反应越敏感;当地铁车速由80km/h增大到120km/h，竖向振动加速度会提高37％;浮置板密度对建筑物二层以上楼层的振动影响低于5％;降低钢弹簧刚度会使建筑物振动减弱;钢弹簧阻尼增大对高频振动(50～80Hz)有很好的衰减作用。在实际工程的钢弹簧浮置板设计中，建议将板密度、弹簧刚度和阻尼分别控制在2500～3000kg/m3、5.3～6.5kN/mm、85～100kN·s/m范围内。　　(4)基于正交试验设计原理，研究钢弹簧隔振器疲劳损伤对地铁振动的影响程度。结果表明，当弹簧刚度衰减超过40％，损伤数量大于2个时，浮置板竖向位移变化非常明显，位移会增加20％～30％，超过规范限值，且板端部、双侧弹簧受损会比板中部、单侧受损时的位移变化幅值增大约8％。隔振器损伤对周边环境振动的影响较小，隧道和建筑物的振动变化幅值均不超过10％，其中损伤位置对幅值影响程度相对最大。实际工程中，应重点关注端部隔振器，避免双侧同时受损，可通过监测浮置板位移变化来预判隔振器性能。
作者：	王韵超
专业：	建筑与土木工程
导师：	谢新宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2021