郑州地铁运行引起邻近建筑物的振动响应研究

摘要

近年来，随着城市建设的高速发展，轨道交通正成为城市的一种重要交通方式。轨道交通给人们带来便利的同时也带来了诸多问题，例如，地铁列车对邻近建筑物产生的振动影响等。目前，城市土地资源越来越紧张，越来越多的建筑物不得不邻近地铁线路建设。因此，研究地铁列车运行引起邻近建筑物的振动及其控制具有重要的现实意义和社会意义。 本文采用现场实测和数值模拟相结合的方法，研究地铁运行对邻近建筑物的振动影响，详细分析了盾构隧道埋深、管片厚度、框架榀数、建筑层数、有无地下室、建筑物结构形式、建筑物振中距、隧道和建筑物的基底位置关系等因素对邻近建筑物振动的影响规律，并初步探讨了地下挡墙和排桩的隔振效果。本文的主要研究工作如下： （1）对郑州地铁二号线邻近的建筑物——建业凯旋广场商业楼的楼面进行振动数据采集，分析了地铁运行引起建筑物振动的特点，并对该建筑物的振动进行了评价。实测数据表明：地铁列车引起的邻近建筑物振动以竖向振动为主，该建筑物振动满足商业建筑对环境振动的限值。 （2）建立盾构隧道-地基-建筑物的有限元模型，确定了有限元模型尺寸、场地参数、边界条件、阻尼、计算单元、时间步长和本构模型等参数。 （3）给出了地铁列车移动荷载的模拟方法，根据离散道床的思路在ABAQUS中将荷载施加在了道床上，模拟了列车在轨道上运行的效果。依据实测建筑物的场地条件，建立凯旋广场商业楼有限元计算模型，并与实测结果进行对比，验证了模型的可靠性。 （4）采用建立的有限元模型模拟分析隧道埋深、框架榀数、建筑层数等因素对地铁运行引起邻近建筑物振动特性的影响规律，主要结论如下：地铁振动对建筑物影响的强弱本质上要看振动是否利于向建筑物传递。当管片的厚度越小、振中距越小、基础和土体的接触越充分（有地下室、框架核心筒结构），建筑物受振动影响越强。隧道基底和建筑物桩底的位置关系对建筑物的振动几乎没有影响。建筑物中竖向振动的强度均大于水平振动的强度，地铁运行引起的建筑物振动以竖向振动为主，建筑物中振动最大值为顶层竖向振动。16层的高层建筑物竖向振动随着楼层的增加振动强度在底部1/3部分不断增大，中间1/3部分不断减小，然后又开始不断增大，顶层有振动放大现象。 （5）分析了地下挡墙和双排桩对建筑物振动的控制效果，结果表明：双排桩有一定的隔振效果，可以在地铁沿线建筑物的减振工程中使用，排桩的深度越深于隧道埋深隔振效果越好。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 列车移动荷载的研究

1.2.2 振动波在土中的传递规律

1.2.3 振动对建筑环境的影响

1.2.4 屏障隔振的研究

1.3 本文主要研究内容及创新点

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 主要研究创新点

1.4 本文的技术路线

2 郑州地铁引起的建筑物振动实测与分析

2.1 工程概况

2.2 地铁振动数据采集方案

2.2.1 振动采集仪器介绍

2.2.2 振动采集方案

2.3 振动信号的分析与评价方法

2.3.1 振动信号的时频分析

2.3.2 振动的评价方法

2.3.3 振动的限值标准

2.4 建筑物振动的测试结果与分析

2.4.1 振动速度时频特性

2.4.2 1/3倍频程分析

2.5 本章小结

3 郑州地铁运行引起建筑物振动的有限元模型建立

3.1 引言

3.2 ABAQUS有限元模型的建立

3.2.1 模型尺寸的确定

3.2.2 场地土层参数的确定

3.2.3 边界条件的处理

3.2.4 计算单元的选择

3.2.5 阻尼特性的确定

3.2.6 时间步长和本构模型的选取

3.2.7 有限元模型的建立

3.3 地铁列车移动荷载的模拟

3.3.1 列车荷载的模拟方法

3.3.2 基本假设和计算模型

3.3.3 轨道结构的运动方程

3.3.4 轨道结构广义梁单元理论[8]

3.3.5 列车荷载的模拟计算

3.4 地铁列车移动荷载在ABAQUS中的施加方法

3.5 模型验证

3.6 本章小结

4 地铁运行引起邻近建筑物振动的参数分析

4.1 引言

4.2 隧道参数对建筑各层振动的影响

4.2.1 隧道埋深对建筑物振动的影响

4.2.2 管片的厚度对建筑物振动的影响

4.3 建筑物参数对建筑各层振动的影响

4.3.1 框架榀数对建筑物振动的影响

4.3.2 多层建筑和高层建筑的振动响应

4.3.3 地下室对建筑物振动的影响

4.3.4 框架核心筒结构的振动情况研究

4.4 其它因素对建筑各层振动的影响

4.4.1 振中距对建筑物振动的影响

4.4.2 隧道和建筑物的地基位置关系对建筑物振动的影响

4.5 邻近地铁普通建筑物隔振措施研究

4.5.1 排桩和挡墙隔振效果研究

4.5.2 排桩长度对隔振效果的影响

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要工作与结论

5.2 展望

参考文献

附录A

个人简历

致谢