地铁激励下振动的传播规律及建筑物隔振减振研究

摘要

随着城市地铁交通的迅猛发展，地铁振动对人们生活学习也产生了一定的影响，地铁振动已成为一种振动公害。但是对地铁振动的认识还很不全面，在振源、振动在土壤中的传播、建筑物的减、隔振技术和人体对振动的感觉等方面都还有很多研究工作要做，为此本文围绕地铁振动问题进行了研究，取得了一些有实际应用意义的结果。 首先，从理论分析入手，研究了地铁振动波在多层土壤介质中的传播特性，涉及体波、表面波和饱和土中波等内容，分析了波的反射、透射、衰减规律和地面振动中各种波的比例关系。 第二，对地铁振动在地表的传播规律进行了实测研究，对实测数据进行了快速付立叶变换处理，分析了振动的振级及衰减规律。结果表明地铁振动的竖向振动大于水平方向，考虑环境影响时可以仅考虑竖向振动分量。竖向振动在地铁隧道附近以 40-80tHz 的为主要振动，振级超出《城市区域环境振动标准》文教区昼间70dB的要求，高频振动随着到隧道距离的增加迅速衰减，5m以外环境振动振级满足规范要求；30m以外，10-60Hz的振动水平相当。 第三，在已有研究的基础上，正确地解决了地铁振源问题；利用有限元分析技术，成功地模拟了地铁振动在土壤中的传播。在数值分析方法中讨论了模型大小、单元大小、阻尼选取、时间步长和动力边界处理对模拟计算的影响。用不同边界条件下的结果对比作为标准，判断模型大小和边界条件的合理性；论证了单元大小为分析波长的1／12-1／8时才能得到正确的结果；对于地铁振动分析，阻尼系数的选取必须顾及高频的影响，不能仅按模型的前几阶固有频率来确定。经验证，模拟结果和实测数据在频谱分析上有很好的相似性，借此进一步分析了土壤中波动的传播规律。 第四，分析了地下连续墙对于天然基础和深基坑基础(这时和围护桩合一)的隔振效果。将屏障的深度、厚度和材料刚度特性作为参数进行分析，结果认为隔振效果对屏障的材料刚度最敏感，其次为屏障的厚度，再其次为屏障的深度。认为混凝土地下连续屏障的隔振效果不是很明显。第五，为了解决近地铁房屋结构的减振问题，利用上述方法研究了砂垫层的地铁隔振效果；作为极限情况，分析了隔振效果和刚度的变化关系。结果认为砂垫层的隔振效果不明显，利用桩基础和基础底板下预留空隙的办法可以比较有效的隔振。 最后，探讨了弹簧隔振器在地铁隔振中的隔振原理，分析了弹簧隔振的设计方法及效果，结果表明弹簧隔振器对于地铁振动有很好的隔振效果，可以降低振动11-15dB。同时研究了地铁振动在建筑物中的传播规律，水平振动沿楼层高度方向减小，Z向振动则在结构自振频率段附近被放大，且在本工程中振级沿高度增大，增大对板中点、梁中点和梁柱节点呈现不同的规律，板上点增大最多，梁柱点最少。虽然水平振动的振级都还在现行规范和规程的控制范围内，但很多点Z向振动已超出规范限值，使得隔振变得必要。

目录

文摘

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第1章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2当前国内外的研究现状分析

1.2.1地铁激励荷载的研究现状

1.2.2土壤介质中振动波的传播及衰减规律研究现状

1.2.3地铁振动对环境和建筑的影响及其评估研究

1.2.4隔振措施及计算方法研究现状

1.3振动在土壤中的传播理论

1.3.1波动方程

1.3.2弹性体波

1.3.3弹性面波

1.3.4弹性波的传播及振幅随距离的衰减

1.3.5列车运行引起的地面振动

1.3.6层状弹性介质中波的特性

1.3.7饱和土中弹性波的特点

1.4当前研究存在的问题

1.5论文的主要工作及创新点

第2章 振动评价及地铁振动的实测研究

2.1振动的评价

2.2傅立叶分析原理

2.2.1傅立叶级数

2.2.2傅立叶变换

2.2.3离散傅立叶变换和快速傅立叶变换

2.2.4泄露与加窗

2.3测量目的及方案

2.4测量结果及其分析

2.4.1 A线之常熟路开往陕西南路之竖向振动

2.4.2 A线之陕西南路开往常熟路站的竖向振动

2.4.3背景振动对A线分析结果影响

2.4.4 B线测量结果

2.4.5水平方向的振动传播规律

2.5本章结论

第3章 土壤中地铁振动的数值模拟

3.1地铁激励荷载研究

3.1.1影响地铁激励荷载的因素

3.1.2地铁轨道上激振力的数定表达

3.1.3作用到道床上的振动荷载

3.2振动问题数值模拟的原理

3.2.1振动问题有限元方程及其解法

3.2.2 Newmark β法

3.2.3 Newmark β法的稳定性和计算精度

3.3地铁振动的有限元数值模拟模型

3.3.1计算假定

3.3.2模型的尺寸确定

3.3.3单元尺寸的确定

3.3.4时间步长的确定

3.3.5土的动参数的确定

3.3.6阻尼矩阵的确定

3.3.7动力边界条件的确定

3.4地铁振动模拟计算结果及其与实测值的比较

3.4.1竖向振动沿地表的传播及实测对比

3.4.2水平向振动沿地表的变化

3.4.3竖向振动在土壤介质内的变化

3.5本章小结

第4章 连续屏障隔振研究

4.1自然地面时混凝土连续墙的隔振效果

4.1.1隔振效果与屏障深度的关系

4.1.2隔振效果与屏障厚度的关系

4.1.3隔振效果与屏障刚度的关系

4.2工程实例分析

4.2.1工程介绍及分析目的

4.2.2分析模型和工况

4.2.3结果分析

4.3屏障范围的讨论

4.4本章小结

第5章 砂垫层的隔振效果研究

5.1砂垫层隔振研究的意义

5.2天然基础下的砂垫层隔振效果分析

5.2.1分析模型的建立

5.2.2分析工况的选取

5.2.3竖向振动的分析结果

5.2.4分析结果的横向比较

5.2.5水平向振动计算结果的整与分析

5.3桩基础下砂垫层隔振的数值模拟

5.3.1模型描述

5.3.2各工况结果列表

5.3.3结果分析及结论

5.4本章结论

第6章 弹簧隔振减振技术及振动在建筑中的传播规律

6.1隔振器的隔振原理及其效果评估方法

6.2建筑物的隔振措施研究

6.3建筑物弹簧隔振的设计方法

6.4工程实例分析

6.4.1地铁振动环境测量

6.4.2上部结构的三维振动分析研究

6.4.3浮筑楼板的隔振效果研究

6.5本章结论

第7章 结论及展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果