專利名稱：地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域，主要是針對(duì)近年來(lái)城市地鐵軌道交通的飛速發(fā)展，地鐵交通引起的環(huán)境振動(dòng)通過(guò)周圍地層向外傳播，引起了周圍建筑物的二次振動(dòng)，對(duì)人類的工作生活環(huán)境和精密裝置的正常工作等產(chǎn)生了很大影響。本發(fā)明提出一種地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)的實(shí)用分析方法。
背景技術(shù)：
隨著城市建設(shè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展和城市規(guī)模的日益增大，地面道路交通與地鐵、工程施工和工廠機(jī)械運(yùn)行等各種人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)日趨嚴(yán)重，這些環(huán)境振動(dòng)通過(guò)地層向外傳播，引起了周圍建筑物的二次振動(dòng)，對(duì)人類的工作生活環(huán)境、精密裝置的正常工作等產(chǎn)生了很大影響。國(guó)際上已把環(huán)境振動(dòng)對(duì)建筑物的影響列為七大環(huán)境公害之一。像日本的東京、我國(guó)的北京、上海和廣州等大城市，地面道路交通和地下軌道交通網(wǎng)日益密集，離建筑物的距離越來(lái)越近，加上交通密度的不斷增加，使得交通荷載引起的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題日益嚴(yán)重。僅就目前上海來(lái)說(shuō)，隨著地鐵線路的增多，地下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。作為公交線路主脈的地鐵，所過(guò)之處勢(shì)必是人口密集區(qū)，地鐵不可避免地要穿行于房屋密集區(qū)，因而其對(duì)周邊環(huán)境的影響日益嚴(yán)重，如北京西直門至頤和園輕軌快速交通系統(tǒng)可能對(duì)附近的文化和科研機(jī)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)影響、地鐵南北中軸線可能對(duì)故宮等古建筑產(chǎn)生振動(dòng)影響、京滬高速鐵路滬寧段高速列車對(duì)蘇州虎丘塔可能產(chǎn)生振動(dòng)影響等。另外，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，即使是同樣程度的振動(dòng)，在過(guò)去可能不是問(wèn)題，而現(xiàn)在越來(lái)越多地引起了公眾的強(qiáng)烈反應(yīng)。這些都對(duì)地面道路交通和地下軌道交通引起的建筑物振動(dòng)的控制提出了新的要求，引起了世界各國(guó)研究人員的高度重視。由于地鐵交通引發(fā)的建筑物振動(dòng)受多種因素的影響，是一個(gè)極為復(fù)雜的振動(dòng)傳播過(guò)程，從地鐵車輛自身振動(dòng)開始，到地鐵軌道、隧道道床、隧道結(jié)構(gòu)、隧道周邊地層條件、建筑基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)，如何較為合理的預(yù)估地鐵交通引的建筑物振動(dòng)是一個(gè)相當(dāng)困難的且急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，從而為預(yù)測(cè)地鐵交通引起的鄰近居住建筑物振動(dòng)提供一種實(shí)用的預(yù)估方法，進(jìn)而為減小建筑物振動(dòng)提供一種實(shí)用的分析方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)道床加速度的地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，應(yīng)用于預(yù)估地鐵交通引起的鄰近居住建筑物的振動(dòng)，其包括下列步驟第一階段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地鐵隧道內(nèi)道床振動(dòng)加速度；第二階段選取典型的剖面，建立道床-隧道襯砌-地層-建筑結(jié)構(gòu)的整體二維平面應(yīng)變模型，求得建筑物各層板墻節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)。
第三階段建立局部三維樓板計(jì)算模型,求得支承樓板的墻體振動(dòng)時(shí)激發(fā)樓板內(nèi)任意位置振動(dòng)的傳遞函數(shù)；第四階段根據(jù)得到的傳遞函數(shù)，將第一階段實(shí)測(cè)的道床振動(dòng)加速度作為激勵(lì)荷載采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法求得建筑樓板的多樣本的加速度時(shí)程和振級(jí)；第五階段將多樣本振級(jí)結(jié)果與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較。本發(fā)明提出一種地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，結(jié)合相關(guān)的建筑物振動(dòng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，為預(yù)測(cè)地鐵交通引起的鄰近居住建筑物振動(dòng)提供一種實(shí)用的預(yù)估方法，從而為分析評(píng)價(jià)各種不同的減振措施提供一種實(shí)用的分析方法。


圖I所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方 法流程圖；圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的地鐵隧道道床振動(dòng)加速度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)示意圖；圖3所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的整體二維平面應(yīng)變模型示意圖；圖4所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的局部三維樓板計(jì)算模型示意圖；圖5所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的頻域計(jì)算分析框圖。圖2中各標(biāo)號(hào)的含義1、道床,2、隧道襯砌,3、地層,4、軌道,5、加速度傳感器。圖2僅為示意圖，尤其是對(duì)地層進(jìn)行了截取，并不表示實(shí)際地層的厚度以及水平方向的廣度。
具體實(shí)施例方式為了更好的了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。本發(fā)明提出一種地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，從而為預(yù)測(cè)地鐵交通引起的鄰近居住建筑物振動(dòng)提供一種實(shí)用的預(yù)估方法，進(jìn)而為減小建筑物振動(dòng)提供一種實(shí)用的分析方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)道床加速度的地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，應(yīng)用于預(yù)估地鐵交通引起的鄰近居住建筑物的振動(dòng)，其包括下列步驟第一階段SI :現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地鐵隧道內(nèi)道床振動(dòng)加速度；第二階段S2 :建立整體二維平面應(yīng)變模型；第三階段S3 :建立局部三維樓板計(jì)算模型；第四階段S4 :采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法，進(jìn)行多樣本分析；第五階段S5 :將計(jì)算結(jié)果與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。以下將分別對(duì)各個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)描述。第一階段SI :現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地鐵隧道內(nèi)道床振動(dòng)加速度。如圖2所示，在道床I上布置多個(gè)加速度傳感器5，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)確定地鐵道床的振動(dòng)加速度対/)，作為數(shù)值模擬的激勵(lì)荷載，確保了激勵(lì)荷載的可靠性。這不同于傳統(tǒng)技術(shù)中采用列車一軌道一道床模型計(jì)算的列車激勵(lì)荷載，本發(fā)明提出的此方法確保了列車激勵(lì)荷載與實(shí)際情況的一致性。第二階段S2 :建立整體二維平面應(yīng)變模型。
如圖3所示，選取典型的剖面，建立道床I-隧道襯砌2-地層3-建筑結(jié)構(gòu)7的整體二維平面應(yīng)變模型。易于理解的是，在不同場(chǎng)合之下，建筑結(jié)構(gòu)與道床具有差異的水平與高度距離。相應(yīng)的，根據(jù)場(chǎng)合的不同，待分析的地層3具有不同的厚度與廣度。地層3采用層狀地基模型，圖中以不同灰度表示地基的不同層，另外，根據(jù)不同位置地層3對(duì)建筑物7的影響程度不同，僅對(duì)必要的有效區(qū)域的地層3進(jìn)行分析，即圖中左上角網(wǎng)格區(qū)域的有限元區(qū)域31，模型邊界采用無(wú)限元處理，即圖中右側(cè)以及底部區(qū)域32，避免了采用有限元模擬半無(wú)限地基介質(zhì)時(shí)人工截?cái)噙吔鐜?lái)的問(wèn)題；建筑結(jié)構(gòu)7采用平面應(yīng)變模型進(jìn)行模擬，由于這種簡(jiǎn)化方式對(duì)樓板振動(dòng)模擬具有較大的近似性，因而需要在第三階段作進(jìn)一步的局部樓板的補(bǔ)充計(jì)算分析。關(guān)于如何進(jìn)行地層3的有限元與無(wú)限元區(qū)域的劃分，還可以參考《地下空間與工程學(xué)報(bào)》2011年第SI期的論文《無(wú)限元邊界在地鐵引發(fā)環(huán)境振動(dòng)分析中的應(yīng)用》。根據(jù)圖3所示的二維平面應(yīng)變模型，可以通過(guò)諧分析求得頻率為《的單位簡(jiǎn)諧位 移荷載6作用在道床I的表面時(shí)建筑物各層板墻節(jié)點(diǎn)70的傳遞函數(shù)H1 ( )。諧分析已是成熟的技術(shù)，其并非本專利重點(diǎn)，因此不再贅述。通過(guò)在多個(gè)位置建立二維平面應(yīng)變模型，得到建筑結(jié)構(gòu)7上立體分布的眾多板墻節(jié)點(diǎn)70的傳遞函數(shù)。第三階段S3 :建立局部三維樓板計(jì)算模型。如圖4所示，所述的第三階段根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，建立簡(jiǎn)化的局部三維樓板計(jì)算模型，同樣通過(guò)諧分析求得頻率為《的單位簡(jiǎn)諧位移荷載6作用在板墻節(jié)點(diǎn)(圖中各個(gè)三角形所示)時(shí)樓板內(nèi)任意位置的傳遞函數(shù)％( )。在本實(shí)施例中，局部樓板僅關(guān)聯(lián)同層的板墻節(jié)點(diǎn)。第二階段以及第三階段的簡(jiǎn)化方法將實(shí)際三維問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維平面應(yīng)變+局部三維樓板問(wèn)題，大大減小計(jì)算的工作量，提高了計(jì)算效率。第四階段S4 :采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法，進(jìn)行多樣本分析。根據(jù)得到的傳遞函數(shù)，將第一階段實(shí)測(cè)的道床振動(dòng)加速度作為激勵(lì)荷載，采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法求得建筑樓板的多樣本的加速度時(shí)程和振級(jí)。所述第四階段在第二階段和第三階段的基礎(chǔ)上，將第一階段實(shí)測(cè)的道床振動(dòng)加速度坪0作為激勵(lì)荷載，采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法求得建筑樓板多樣本的振動(dòng)時(shí)程
和振級(jí)，得到建筑物樓板的振動(dòng)情況，計(jì)算公式如式⑴所示，框圖如圖5所示；采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法可考慮的頻率范圍寬，適合進(jìn)行大量樣本輸入的模擬分析，可大幅度提高計(jì)算效率；計(jì)算采用結(jié)構(gòu)阻尼(復(fù)阻尼)，保證了阻尼比的頻率無(wú)關(guān)性，避免了其它阻尼模型可能帶來(lái)的計(jì)算誤差。經(jīng)實(shí)際工程案例分析表明計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果一致性較好。y{t) = f X (Co)Hl (Co)H2 (a))elC0td co(I)
J-OO式中ZO)= —P x(t)e-kmdt
In第五階段S5 :將多樣本振級(jí)結(jié)果與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較。如果不滿足振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，需要采取有效的減振措施減小建筑振動(dòng)?？刹捎帽景l(fā)明提出的簡(jiǎn)化分析方法，進(jìn)行不同減振措施的分析比較。
綜上所述，本發(fā)明提出一種地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，結(jié)合相關(guān)的建筑物振動(dòng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，為預(yù)測(cè)地鐵交通引起的鄰近居住建筑物振動(dòng)提供一種實(shí)用的預(yù)估方法，從而為分析評(píng)價(jià)各種不同的減振措施提供一種實(shí)用的分析方法。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，應(yīng)用于預(yù)估地鐵交通引起的鄰近居住建筑物的振動(dòng)，其特征在于包括下列步驟 第一階段Si:現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地鐵隧道內(nèi)道床振動(dòng)加速度； 第二階段S2 :建立整體二維平面應(yīng)變模型； 第三階段S3 :建立局部三維樓板計(jì)算模型； 第四階段S4 :采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法，進(jìn)行多樣本分析； 第五階段S5 :將計(jì)算結(jié)果與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，第一階段SI中，在道床上布置多個(gè)加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，第二階段S2建立整體二維平面應(yīng)變模型包括選取典型的剖面，建立道床-隧道襯砌-地層-建筑結(jié)構(gòu)的整體二維平面應(yīng)變模型，求得建筑物各層板墻節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，地層采用層狀地基模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，僅對(duì)有限元區(qū)域的地層進(jìn)行分析，模型地層的邊界采用無(wú)限元處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，建筑結(jié)構(gòu)采用平面應(yīng)變模型進(jìn)行模擬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，通過(guò)在多個(gè)位置建立二維平面應(yīng)變模型，得到建筑結(jié)構(gòu)上立體分布的眾多板墻節(jié)點(diǎn)的傳遞函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，建立局部三維樓板計(jì)算模型，求得支承樓板的墻體振動(dòng)時(shí)激發(fā)樓板內(nèi)任意位置振動(dòng)的傳遞函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，局部樓板僅關(guān)聯(lián)同層的板墻節(jié)點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，根據(jù)得到的傳遞函數(shù)，將第一階段實(shí)測(cè)的道床振動(dòng)加速度作為激勵(lì)荷載采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法求得建筑樓板的多樣本的加速度時(shí)程和振級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種地鐵交通引起的鄰近居住建筑振動(dòng)實(shí)用分析方法，從而為減小建筑物振動(dòng)采取措施提供一種依據(jù)。其包括下列步驟第一階段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地鐵隧道內(nèi)道床振動(dòng)加速度；第二階段建立道床-隧道襯砌-地層-建筑結(jié)構(gòu)的整體二維平面應(yīng)變模型；第三階段建立局部三維樓板計(jì)算模型，第四階段將第一階段實(shí)測(cè)的道床振動(dòng)加速度作為激勵(lì)荷載采用頻域-時(shí)域轉(zhuǎn)換的分析方法求得建筑樓板多樣本的加速度時(shí)程和振級(jí)；第五階段將振級(jí)計(jì)算結(jié)果與控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較。本發(fā)明結(jié)合相關(guān)的建筑物振動(dòng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，為預(yù)測(cè)地鐵交通引起的鄰近居住建筑物振動(dòng)提供一種可供選擇的預(yù)估方法，從而為分析評(píng)價(jià)各種不同的減振措施提供一種實(shí)用的分析比較方法。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102677793SQ20121011478
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者劉峰, 劉陜南, 岳建勇, 蔣通, 黃紹銘 申請(qǐng)人:上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司