地鐵運行列車引起建筑物低頻振動數(shù)值分析

建立了一種列車-軌道-路基解析分析模型,將鋼軌視為豎直平面內(nèi)支承在winkler彈性基礎(chǔ)上的一根連續(xù)的euler-bernoulli梁,考慮輪軌接觸的影響,推導出單個輪對荷載對地基的作用力,通過迭加方式得到整列車對路基產(chǎn)生的動荷載;在此基礎(chǔ)上,選取鐵路線附近的某高層建筑,用有限元分析的方法計算了該高層建筑所受到的振動影響;研究了不同車速下不同距離建筑物中不同樓層的振動規(guī)律:振動隨樓層高度增加具有不同程度增大的趨勢;車速越大,建筑物的振動響應也越大;隨著到軌道中心線距離的增加,建筑結(jié)構(gòu)的振動逐漸減小。

本文通過對北京地鐵八王墳車輛段平臺及平臺上建筑物的計算和分析，采用直接積分法，求得建筑物上各點在地鐵列車振動荷載下的位移反應方程，并得出了在不同列車運行速度、不同建筑物結(jié)構(gòu)參數(shù)、同一建筑物的不同樓層之間以及距地鐵正線不同距離的建筑物之間地鐵荷載產(chǎn)生的振動振級的變化關(guān)系。

在某地建于地鐵線路附近的兩棟裝有隔震裝置和一棟沒有安設(shè)隔震裝置的建筑物內(nèi),對地鐵列車運行引起的振動進行了監(jiān)測,并對地面結(jié)構(gòu)的振動進行了數(shù)值模擬,然后對記錄的振動波和數(shù)值計算結(jié)果進行了分析與對比,發(fā)現(xiàn)隨著建筑物高度的增加,振動峰值呈余弦函數(shù)變化;地鐵列車運行在建筑物內(nèi)引起的振動時程的主要頻率成分集中在22～40hz之間;安置在建筑物底部的隔震阻尼器對地鐵運行誘發(fā)的振動波的阻隔作用不大;地鐵列車運行引起的加速度值很小,不會對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞,但生活在建筑物內(nèi)的人群卻能明顯的感覺到振動;建筑物的振動不會表現(xiàn)出該振動波的特性,而是表現(xiàn)出本身的振動頻率特性。因此,改變結(jié)構(gòu)的動力特性是無法減小地鐵列車運行引起的振動,而只能通過減弱振源來減輕振動,比如在軌道加隔振墊、挖隔振溝等。

以分頻最大振級(vlmax)和最大z振級(vlzmax)作為評價量；結(jié)合相關(guān)標準；監(jiān)測與評價北京市地鐵列車運行引起的臨近建筑室內(nèi)振動；結(jié)果表明:北京市2條地鐵線路的振動特征頻率分別為25hz、31.5hz、40hz和63hz；以40hz為主；特征頻率上振動加速度級(val)增量明顯；vlmax、vlzmax的大小既與頻率計權(quán)因子不統(tǒng)一有關(guān)；也與地鐵對建筑室內(nèi)振動的影響程度及振動能量在不同中心頻率上的分布差異直接相關(guān)；地鐵隧道埋深較水平距離對地鐵振動衰減作用顯著；地鐵振動監(jiān)測與評價的頻率范圍可統(tǒng)一為對人體影響較大的1hz~80hz；并統(tǒng)一頻率計權(quán)因子；

淺埋地鐵下穿越既有建筑物引起的振動噪聲已成為嚴重的環(huán)境污染,針對軟土地區(qū)某淺埋地鐵下穿越建筑物的振動問題,分析不同減振技術(shù)措施的特點。對比分析表明,淺埋地鐵運營對多層建筑物的影響主要是豎向振動,采用建筑物整體加固或地基土加固等技術(shù)措施可在一定程度上降低地鐵振動對建筑物的影響。采用浮置地板雖可達到部分降低建筑物振動的目的,對于未設(shè)置浮置地板的區(qū)域則沒有治理效果;采用建筑物整體減振的方式可以有效地隔離淺埋地鐵的振動影響,但整體減振方案對于既有建筑物來說,實施難度大,施工風險相對較高。研究結(jié)論對于其他類似工程具有一定的參考價值。

地鐵運行引起的地面振動實測及傳播規(guī)律分析

以一種簡化的方法，分別建立了列車—軌道和路基—土層—建筑物的二維動力相互作用分析模型，計算了列車引起的振動在土層中的傳播特性及對鄰近建筑物的影響．分析結(jié)果與實測資料相吻合，可為進一步研究振動環(huán)境控制問題提供參考

為便于對地鐵引起的鄰近建筑物樓板的振動進行分析及預測,提出了簡化計算方法。將樓板簡化為單自由度體系,將地鐵引起的建筑物內(nèi)房間墻根的豎向振動加速度時程作為該單自由度體系的基底輸入,即可求得體系的加速度響應,將此近似作為該房間樓板中間的振動響應。對上海地鐵8#線引起沿線某六層磚混結(jié)構(gòu)的振動進行實測,并用沖擊法實測了樓板的自振頻率和阻尼比。用文中建議的簡化計算方法和有限元方法算得地鐵引起的樓板中間的振動并和實測結(jié)果進行對比,驗證了簡化算法的可行性。

深基坑工程對坑外地表沉降的影響,主要包含基坑開挖、基坑降水引起的地表沉降。文章通過對基坑開挖的有限元模擬及降水影響計算,分析了深基坑工程周邊地表沉降、沉降的組成、變化趨勢,以及對周邊建筑沉降的影響。

針對地鐵工程盾構(gòu)法施工引起的鄰近建筑物沉降問題,運用最小二乘法和bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行擬合、預報,并與之對比.研究結(jié)果表明：同一數(shù)值擬合方法下不同次數(shù)的曲線擬合值差別較大,即擬合次數(shù)越多,擬合預測值越準確;bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法表現(xiàn)出較高的擬合度和預報精準性.bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)擬合相較于傳統(tǒng)方法計算便捷,可提高地鐵施工過程中鄰近建筑物沉降的監(jiān)測效率.

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),對重車運行引起的周邊建筑振動實況和振動特性進行了分析研究。結(jié)果表明,地面振動z振級主要由測點到道路中心的水平距離決定,在距線路一定距離時,車輛的載重對地質(zhì)點振動的影響為非敏感因素。重車運行對結(jié)構(gòu)雖不易構(gòu)成安全影響,但對鄰近建筑物的振動影響常造成環(huán)境振動污染問題。

以成都地鐵7號線火車北站在既有建筑物下橫向擴挖工程為背景,采用彈塑性有限元模型對橫向擴挖施工過程進行數(shù)值模擬,分析該擴挖工程不同擴挖寬度、不同車站層數(shù)施工時引起的地表沉降、建筑物基礎(chǔ)沉降和掌子面水平位移的規(guī)律,以及擴挖前超前大管棚的加固效果。研究結(jié)果表明,各工況所產(chǎn)生的地表沉降、基礎(chǔ)沉降與相對沉降、掌子面水平位移均較小,滿足施工要求和不同的施工情況。

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),對某地鐵2號線沿線典型區(qū)段地鐵引起的臨近建筑物振動實況和振動特性及其傳播規(guī)律等進行了分析研究。結(jié)果表明:地鐵誘發(fā)的沿線建筑物的振動以豎向為主,且樓層豎向振動基本表現(xiàn)為整體振動;在框架結(jié)構(gòu)中,振動信號主要是沿柱子向上部樓層傳播;樓層振動主要表現(xiàn)為低頻的樓板振動,樓層間信號的放大主要集中在20hz以下的低頻信號。此外,本文還給出建筑物振動實測資料的評價分析,為評估地鐵運營誘發(fā)的環(huán)境振動與城市規(guī)劃設(shè)計提供參考。

地鐵盾構(gòu)穿越建筑物施工位移的數(shù)值分析——在總結(jié)地鐵盾構(gòu)施工的控制原則以及盾構(gòu)通過臨近群樁的動態(tài)預測方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合武漢地鐵的設(shè)計，采用數(shù)值模擬方法對地鐵盾構(gòu)穿越漢口火車站區(qū)時地面及建筑物樁群進行模擬，分析了盾構(gòu)穿越一般底層和穿越群樁基礎(chǔ)兩種...

在總結(jié)地鐵盾構(gòu)施工的控制原則以及盾構(gòu)通過臨近群樁的動態(tài)預測方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合武漢地鐵的設(shè)計,采用數(shù)值模擬方法對地鐵盾構(gòu)穿越漢口火車站區(qū)時地面及建筑物樁群進行模擬,分析了盾構(gòu)穿越一般底層和穿越群樁基礎(chǔ)兩種不同的情況的位移情況,從而對盾構(gòu)隧道對城市地面以及建筑物的影響做出評價,提供了盾構(gòu)穿越建筑物施工安全控制的建議。

地鐵隧道盾構(gòu)施工將對周邊建筑物產(chǎn)生影響,甚至造成災害.北京地鐵10#線某標段穿越附近一棟居民住宅樓地基鄰域,為了確保施工過程中建筑物的安全,需要對該建筑物進行變形監(jiān)測和數(shù)值分析與評價.為此,在詳細研究該區(qū)工程地質(zhì)條件和地鐵設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上,采用flac3d工程分析軟件,結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測研究了該區(qū)段盾構(gòu)施工對鄰近建筑物帶來的影響與相應的變形特征.研究表明,數(shù)值模擬結(jié)果和監(jiān)測數(shù)據(jù)比較接近,在本研究區(qū)域盾構(gòu)施工對該類壁板式鄰近建筑物影響較小,可以保證安全施工.

上海地區(qū)處于淤泥質(zhì)軟土地質(zhì)條件下。軌道交通8號線延吉中路站在施工過程中,臨近的延吉七村6號樓產(chǎn)生了較大差異沉降。通過對延吉中路站基坑施工期間各種施工參數(shù)及6號樓的沉降規(guī)律分析,推斷出較大差異沉降的根本原因是6號樓局部座于低強度、高靈敏度的暗浜之上。提出采用注漿、基礎(chǔ)托換等對策,以控制絕對沉降量和差異沉降

結(jié)合位于上海地鐵10號線正上方的某教學樓工程,建立土-結(jié)構(gòu)相互作用的平面有限元模型,研究了砂墊層在地鐵振動減振方面的效果以及振動在建筑中的傳播規(guī)律,同時揭示了地鐵振動和地震波的差異,指出地鐵振動模擬時模型單元的劃分應該考慮地鐵振動優(yōu)勢頻率的影響,得到了砂墊層地鐵振動隔振效果不明顯的結(jié)論。最后給出了工程實際采用的隔振措施及其他可以采用的隔振措施。

結(jié)合某地鐵工程環(huán)境影響評價實際，采用理論分析、公式計算、類比驗證等方法，重點研究城市地鐵爆破施工作業(yè)時，對不同距離處建筑物振動的影響程度。預測結(jié)果表明，當藥包重量為２０ｋｇ時，距爆破點４０ｍ外的建筑物將不會受到爆破振動影響。如果距爆破點４０ｍ范圍內(nèi)有建筑物存在，則應減少藥包重量，以保證建筑物的安全

隨著城市地下空間的開發(fā)利用,淺埋隧道穿越地面建筑物施工問題引起了越來越多的關(guān)注。以北京某地鐵車站為例,采用3類數(shù)值模擬方法對建筑物下地鐵車站動態(tài)施工全過程進行了模擬計算,對比分析了不同模擬方法對地表、圍巖及支護結(jié)構(gòu)受力變形的影響。結(jié)果表明:在不考慮建筑物及其荷載情況下地表、圍巖及支護結(jié)構(gòu)的應力、變形最小;在考慮建筑物存在情況下地表沉降量、基礎(chǔ)沉降差及地表水平位移量較小,但沉降槽寬度較大;將建筑物上部結(jié)構(gòu)簡化成均布荷載時,基礎(chǔ)存在與否對地表沉降曲線影響不大,但基礎(chǔ)的存在可以減小地表水平位移、車站拱頂下沉、支護結(jié)構(gòu)變形及立柱軸力。文章最后將計算沉降值與實測值進行了對比,考慮建筑物存在情況下的計算沉降值與實測值最為接近。

以合肥市新交通大廈地鐵車站深基坑工程為依托,利用flac3d有限差分數(shù)值計算軟件,對該基坑開挖和支護的全過程進行了數(shù)值模擬,研究了基坑開挖對周圍建筑物的沉降變形影響。結(jié)果表明,新交通大廈深基坑開挖對周邊建筑沉降影響不大。建筑沉降隨開基坑開挖深度的增大而增大,且沉降位移主要受基坑一、二、三層施工工況影響較大。

城市深基坑開挖或地鐵隧道掘進會引起附近建筑物或其他結(jié)構(gòu)的變形,對建筑物變形特性的研究對于建立符合實際的變形預測方法和變形風險預估體系有著至關(guān)重要的實際意義。長期以來對由于地層位移引起的建筑物變形特點的研究尚比較少,特別是在巖土工程的相關(guān)研究范疇。在理論分析的基礎(chǔ)上,提出一個判定建筑物變形特性(彎曲或剪切)的方法,并提出\"彎曲變形率\"指標以量化判定結(jié)構(gòu)物變形特性。通過對倫敦地區(qū)兩棟建筑物實際變形數(shù)據(jù)的研究,發(fā)現(xiàn)建筑物基本以剪切變形為主。在后續(xù)的分析中,進一步說明在一般情況下由于開挖引起鄰近多層或高層建筑物的結(jié)構(gòu)變形均以剪切變形為主,這與一般在分析和計算中假定結(jié)構(gòu)主要以彎曲為主不同。基于此,認為結(jié)構(gòu)的剪切剛度是其變形的主要控制因素,而非彎曲剛度。最后基于建筑物實測變形數(shù)據(jù)反算得到實際建筑物的結(jié)構(gòu)剛度比e/g,由此獲得對建筑物的實際變形特性更加深入的認識。