列车振动荷载对古建筑的动力影响
交通振动对邻近古建筑的动力影响测试分析
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｏ ｇ ｎ ｓｔ ｅ ｔ ｇ，ｔ ｅ ｖ ｂ ａ ｉｎ ｒ ｓ ｏ ｓ ｓ ｉ ｄ ｃ ｄ ｂ ｈ ｘ ｓｉ ｇ Ｍ ｅ ｒ ｉ ｅ ｎ ｓ ｒ ｃ ： ｒ ｕ ｈ ｉ ｉ ｔ ｓｉ ｅ ｎ ｈ ｉ ｒ ｔ ｅ ｐ ｎ ｅ ｎ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅ ｅ ｉｔ ｔｏ Ｌ ｎ ２ ａ ｄ ｏ ｎ
ｇｏ ｎ ａｆ ｎ ｓ ｓ ｎ ｆｔ ｏｈｓ ｒ ｕｌｉ ｓ（工 ｔｅＭｉｇＤ ｎ ｓｙＷａ ， ｔｅＯ ｄＲ ｉ ｒｕ ｄｔ ｆ ｃａｄａｓ ｓ ｔ ｗ ｉ ｏｉ ｂ ｉ ｎ ｒ ｉ ｅ ｍｅ ｏ ｔ ｃ ｄ ｇ 一ｈ ｎ ｙ ａｔ ｌ Ⅱ一 ｌ ａｌ ｌ ｈ —
第３ ５卷 １ 第 期
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文 章 编 号 ：６ ３０９ （０ １０ —０ ９０ １ ７ —２ １ ２ １ ）１０ ７ —５
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城市交通振动对古建筑的影响研究综述
试点论坛shi dian lun tan324城市交通振动对古建筑的影响研究综述◎高飞飞摘要：交通振动对古建筑的影响越来越受到重视,是古建筑的一种隐形杀手。
本文综述了交通振动对古建筑影响的研究方法,研究城市交通激励作用对古建筑的传播规律和影响机理,并提出相应的减振控制措施,为古建筑的保护提供了依据。
关键词：交通振动;古建筑;控制措施随着我国交通事业的飞速发展,我们的出行变得越来越便利,同时,增长的交通对周围环境的影响也越来越大。
列车运行带来的地面振动,会使建筑物产生墙体开裂、地基下沉等危害。
古建筑在长年累月的交通振动作用下,会遭受到一定的损伤,随着损伤的慢慢积累,会使古建筑结构发生疲劳破坏,倒塌等破坏,这种破坏是无法挽回的。
交通引起的振动是长期的和反复的,是对古建筑的一种隐形杀手。
因此,要明确保护古建筑的目的,正确评价交通振动激励作用对古建筑的破坏,进而采取一定的减振控制措施。
一、交通振动对邻近建筑物的产生机理及传播规律城市交通按运行方式可分为地面交通机动车辆和轨道交通。
由于两者产生振动的机理不同,引起的地面振动幅值和占优频率差别较大,对周围环境的影响也不相同。
（一）地面交通振动产生机理及传播规律地面交通运输工程中的汽车轮胎和驱动力发生的振动主要原因是由于汽车轮胎与不平整的道路上驱动力之间发生交互作用而造成。
路面失调主要包括随机性路面失调和一个特殊性的路面失调。
随机路面不平整现象普遍存在于所有的土壤或者是地面之中,典型随机路面不平整现象可以通过实际的应用测试方法来进行确定,即其路面的平整程度指标是由于随机路面不平整而引起的,因此车辆运动荷载比静载大左右。
特定情况下的路面并非平整,如地洞、纵向断裂等,它所导致的动荷载要比静荷载多15%左右。
当汽车在不平整的路面上高速行驶时,由于轮胎与不平整的路面之间的驱动力发生相互作用,产生的各种应力波通常会经过周围的土层,然后引发建筑的振动和二次结构噪声[2]。
地面交通激励下古建筑影响及古木结构损伤识别研究
地面交通激励下古建筑影响及古木结构损伤识别研究地面交通对古建筑的影响及古木结构损伤识别研究近年来，随着城市化进程的加快，地面交通不可避免地对古建筑造成了一定的影响。
在城市交通的持续发展中，古建筑的建筑结构以及古木结构的保护问题日益凸显。
本文旨在探讨地面交通对古建筑的影响，以及如何通过古木结构损伤识别研究来保护古建筑。
首先，让我们来看看地面交通对古建筑的影响。
古建筑往往坐落在城市中心或历史悠久的地方，而这些地方也通常是交通繁忙的地区。
地面交通的震动、振动和噪声会对古建筑产生长期的影响。
震动和振动会引起古建筑内部结构的微小位移，导致建筑材料的疲劳和损伤，从而影响其结构的稳定性。
此外，交通噪声也会对古建筑的外墙产生损害，破坏其原始的美感。
其次，我们来探讨古木结构损伤识别的研究。
古木结构是古建筑中的重要组成部分，同时也是最易受地面交通影响的脆弱部位之一。
如何有效地发现和识别古木结构的损伤，对于古建筑的保护至关重要。
目前，常用的古木结构损伤识别方法包括目视检查、声波检测、红外热成像和振动测试等。
其中，目视检查是最常用的方法，通过观察表面可见的裂缝、腐朽和变形等现象来判断古木结构的损伤程度。
声波检测是一种通过超声波传导来检测古木内部缺陷的方法，可以有效地发现古木内部的隐蔽损伤。
红外热成像则可以通过测量古木表面的温度分布来发现可能存在的潜在问题。
振动测试是一种通过测量古木的自然频率和振动响应来评估其结构完整性的方法，能够及早发现古木结构的损伤。
古木结构损伤识别的研究在实践中还存在一些问题。
首先，这些方法需要专业的设备和人员来执行，并且需要时间和精力。
其次，古木结构的损伤程度往往不容易被准确评估，因为古木的年代久远，常常与其他自然因素产生混淆，使得识别工作变得复杂和困难。
此外，针对不同类型的古木结构，还需要不同的识别方法和技术。
鉴于以上问题，我们可以提出一些解决方案来加强古木结构损伤识别研究。
首先，需要加大对古建筑保护的宣传力度，提高社会对古建筑保护意识，减少地面交通对古建筑的影响。
高速列车运行震动对车站建筑影响风险评估
高速列车运行震动对车站建筑影响风险评估简介：随着高速列车运输的发展，高速列车运行震动对车站建筑的影响成为一个重要关注的问题。
由于高速列车的运行速度快，震动也相应增强，因此对于车站建筑的结构稳定性和安全性评估显得尤为重要。
本文将通过对高速列车运行震动对车站建筑影响的风险评估进行探讨，以期为相关建筑设计和改进提供参考。
一、高速列车运行震动的特点高速列车运行震动是指由于列车运行时轮轨交互力所引起的地震效应。
高速列车的快速运行会产生较大的动力效应，从而引起车站附近建筑物的振动。
这些振动波会以辐射状向四周传播，对车站建筑物产生影响。
高速列车运行震动的特点主要包括以下几个方面：1. 频率范围广：高速列车运行震动的频率范围通常为2-200 Hz。
在这个频率范围内，高速列车震动的影响最为显著。
2. 高频振动：高速列车运行产生的振动频率较高，通常在10-200 Hz之间，远高于一般地震振动。
3. 瞬时变化：高速列车通过时的振动是瞬时的，持续时间短暂，但振幅较大。
4. 累积效应：高速列车的震动是连续的，多次通过会产生累积效应，对车站建筑物的影响将逐渐增大。
二、高速列车运行震动对车站建筑的影响高速列车运行震动对车站建筑的影响主要体现在以下几个方面：1. 振动对建筑物结构的影响：高速列车运行震动会对车站建筑的结构稳定性和安全性产生影响。
它在对车站建筑物的各个构件产生振动，可能引起构件的疲劳损伤、螺栓松动、裂缝扩展等问题，从而给建筑物的安全性带来潜在风险。
2. 声振效应：高速列车运行震动会引起车站建筑的声振效应，即振动所产生的噪音对建筑物及其周围环境的影响。
这种噪音可能会导致车站建筑物的墙面、窗户等结构产生共振，从而引起噪声污染和能量的损失。
3. 乘客舒适度降低：高速列车运行时产生的振动会降低乘客在车站内的舒适度。
车站内部的震动可能导致地面不平稳、摇晃感以及对人体造成的不适感，给乘客的旅途体验带来负面影响。
三、高速列车运行震动对车站建筑的风险评估方法为了评估高速列车运行震动对车站建筑的风险，可以采用以下方法：1. 数值模拟方法：利用有限元分析等数值模拟方法，对车站建筑在高速列车运行震动作用下的响应进行模拟和分析。
列车运行振动对相邻建筑物的动力影响分析
列车运行振动对相邻建筑物的动力影响分析摘要：采用三维有限元数值模型对列车运行振动作用下某相邻建筑物的动力影响进行了分析，计算中考虑了桩、土间的节点耦合，特别是对动力荷载函数进行了简化处理，并提出了动力分析中地基反力系数和阻尼系数的计算方法，计算了在动力作用下列车振动对某相邻建筑物的影响，可对类似工程的分析提供参考。
关键词：列车；振动；有限元动力分析Abstract: the three-dimensional finite element numerical model of the train running under the effect of vibration of a neighboring building power was analyzed, the calculation in considering the piles and soils of the coupling between nodes, especially for dynamic loading function simplified treatment, and put forward the dynamic analysis of the foundation of the force coefficient and damping coefficient calculation method, the calculation in the train vibration under dynamic action of a neighboring building effects available to the analysis of the similar project to provide the reference.Keywords: train; Vibration; Finite element dynamic analysis1背景概述某铁路引桥经过某相邻建筑物，该建筑物为一电排站，其主要建筑为主、副厂房及启闭机室。
交通荷载对周边建筑的振动影响分析(可编辑)
trainareanalyzed.Baseontheresultsofthenumericalsimulati
on,thecoactionof
thenaturalfrequencyofbuildingsandthedominantfrequencyof
onsinbuildingsnear
railways,ameasurementcampaignistaken.Responsesoffivehyp
othetical
reinforcedconcretestructuressubjectedtofieldmeasuredgro
由于地震或者爆炸冲击产生的地面振动及其对建筑物的影
响比较显著引起
了国内外学者的广泛关注。但像轨道交通和公路交通引起的周边
建筑物振动由
于其振动幅值较小还未被深入研究。
一般而言交通荷载所引起的环境问题主要有两个方面
浙江大学硕士学位论文
交通荷载对周边建筑的振动影响分析
交通荷载对周边建筑的振动影响分析
摘 要
aluationofthe
buildingvibrationistakenwhichusingaruledefinedbytheISO.
Tosolvetheproblemofthevibrationinducedbyvehicles,aapproachb
对交通振动的研究起到了保护环境提高人民生活水平的作用”
1。
随着城市化的加速在我国各大城市中心及近郊规划并
建设了高密度住宅、
浙江大学硕士学位论文
交通荷载对周边建筑的振动影响分析
交通荷载对周边建筑的振动影响分析
振动荷载对建筑物结构的影响分析
振动荷载对建筑物结构的影响分析建筑物作为人们生活、工作和娱乐的场所，承载着巨大的责任。
然而，在建筑物使用过程中，各种因素都会对其结构产生一定的影响，其中之一就是振动荷载。
振动荷载是指由振动源引起的作用于建筑物结构的外部力，如交通运输、机械设备等，其对建筑工程安全性的影响不容忽视。
首先，振动荷载对建筑物结构的影响表现为共振现象。
共振是指当外部激励频率与建筑物固有频率相近时，建筑物结构会因吸收了频率能量而发生共振现象。
共振一旦发生，会导致建筑物结构的破坏或者疲劳，给建筑物的使用安全带来威胁。
因此，在建筑物设计和建设中，必须充分考虑可能发生的共振频率，进行合理的结构设计和方案选择，以降低共振风险。
其次，振动荷载对建筑物结构的影响还表现为振动传导。
振动源通过与建筑物接触的基础、地面或其他物体产生振动，这些振动会通过建筑物的结构传导到各个部位，给建筑物带来振动荷载。
振动传导不仅会对建筑物的结构材料产生损伤，还会导致建筑物内部设备或构件的松动、开裂等问题。
因此，对于高频振动源，如机械设备，应采取隔振措施，减少振动传导对建筑物的影响。
除此之外，振动荷载还会对建筑物内部设备和功能空间产生影响。
建筑物内部的机电设备和精密仪器对外界振动十分敏感，特别是一些实验室、手术室等特殊用途场所。
振动荷载会干扰或损坏这些设备的正常运行，影响其使用效果。
此外，振动荷载还会影响人们的工作、学习和休息环境，给人们的身心健康带来一定的负面影响。
因此，在建筑物的设计和使用过程中，需要充分考虑振动荷载对内部设备和功能空间的影响，进行合理的布局和隔离。
总之，振动荷载对建筑物结构的影响十分重要，必须引起足够的重视。
建筑物结构设计时应考虑共振效应，合理选择结构形式和材料，以提高结构的稳定性和抗震性；在建筑物的使用过程中，应采取相应的振动控制措施，减少振动源对建筑物的影响；同时，应合理安排设备和功能空间，避免振动对其正常运行和使用的干扰。
只有综合考虑振动荷载对建筑物的影响，才能确保建筑物的安全可靠性和舒适度，从而为人们提供一个良好的生活和工作环境。
交通荷载作用下古土城墙振动效应研究
交通荷载作用下古土城墙振动效应研究交通荷载作用下古土城墙振动效应研究摘要：古土城墙作为我国传统文化的重要遗产，具有重要的历史、文化和地域意义。
然而，城市化和交通运输的快速发展给古土城墙带来了挑战。
交通荷载作用下的城墙振动效应直接影响其结构安全和城市风貌的保护。
本文通过数值模拟方法和实验手段，对交通荷载作用下古土城墙的振动效应进行了研究。
研究结果对城墙的保护、改造和管理具有重要的参考意义。
1. 引言古土城墙作为我国传统城市建筑的重要组成部分，承载着丰厚的历史文化内涵。
然而，城市化和快速的交通发展给古土城墙带来了巨大的挑战。
近年来，古城墙的结构安全问题引起了广泛的关注。
交通荷载是城市交通运输中最主要的荷载形式，因此了解交通荷载对古土城墙的振动效应具有重要的理论和实践意义。
2. 交通荷载对古土城墙的振动效应影响交通荷载作用下的城墙振动效应可以从多个方面进行研究。
首先，交通荷载会引起城墙结构的弹性变形和应力分布的改变。
其次，交通车辆的振动传递到城墙上会引起城墙的振动响应。
最后，城墙和交通道路之间的相互作用也会对城墙的振动效应产生影响。
3. 数值模拟研究方法本文采用有限元数值模拟方法对交通荷载作用下古土城墙的振动效应进行了分析。
首先，建立了城墙的三维模型，并给予材料属性和边界条件。
然后，通过施加交通荷载，模拟车辆在城墙上的行驶过程。
最后，分析城墙的位移、应力和振动频率响应。
4. 实验研究方法为了验证数值模拟结果的准确性，本文还进行了实验研究。
首先，选择适当的城墙样本，并在其表面安装合适的测量设备。
然后，通过在城墙上行驶车辆，并记录振动信号，获取实验数据。
最后，对实验数据进行分析，验证数值模拟的准确性。
5. 结果与讨论通过数值模拟和实验研究，我们得到了交通荷载作用下古土城墙的振动效应。
结果表明，交通荷载对城墙的振动频率和位移影响显著，尤其是在车辆质量较大或车速较快时。
城墙和交通道路之间的相互作用也会加剧城墙的振动效应。
西安钟楼的交通振动响应分析及评估
西安钟楼的交通振动响应分析及评估西安钟楼的交通振动响应分析及评估摘要：西安钟楼作为历史悠久的文物古迹，其结构特点和稳定性一直备受关注。
随着城市交通的快速发展，钟楼周边交通流量不断增加，交通振动对钟楼结构的影响也越来越重要。
本文通过对西安钟楼的交通振动进行分析和评估，探讨了不同交通条件下钟楼结构的响应情况。
一、引言西安钟楼是中国现存最大、最完整的钟楼，交通振动对钟楼的影响已经成为一个重要的研究领域。
本文旨在通过对西安钟楼周边交通振动的分析，评估不同交通条件下钟楼的结构响应情况，为钟楼的保护和修复提供科学依据。
二、西安钟楼的结构特点西安钟楼采用明清古代传统木结构和石砌砖砌结构相结合的建筑方式，具有较高的结构稳定性。
然而，由于年代久远和外部环境的变化，钟楼的结构已经不可避免地受到交通振动的影响。
三、交通振动的分析方法为了了解钟楼对交通振动的响应情况，本文采用了有限元分析和模拟方法。
首先，通过对钟楼结构进行三维扫描和数据采集，建立了钟楼的有限元模型。
然后，通过给定不同交通条件下的振动载荷，计算了钟楼不同部位的应力和振动响应。
四、不同交通条件下钟楼的振动响应通过对钟楼模型进行有限元分析，得到了在不同交通条件下钟楼的振动响应情况。
结果显示，在高峰交通期间，钟楼底部受到的振动响应最大，表明交通流量的增加对钟楼底部的结构稳定性造成了影响。
五、交通振动对钟楼结构的影响评估为了评估交通振动对钟楼结构的影响，本文采用了振动加速度指标进行评估。
结果表明，在交通流量较大的情况下，钟楼结构受到的振动加速度超过了设计标准，存在一定的安全隐患。
六、结论与建议通过对西安钟楼的交通振动响应分析和评估，本文认为交通振动对钟楼结构的稳定性和安全性有一定的影响。
为了保护和修复钟楼，建议采取合适的交通管理措施，降低钟楼周边交通流量，减小交通振动对钟楼的影响。
七、致谢本文的研究得到了某某基金会的资助，在此表示深深的感谢。
通过有限元分析和模拟方法，本文探讨了交通振动对西安钟楼结构的影响。
成槽冲击荷载对邻近文物建筑的振动影响分析
第15卷第5期铁道科学与工程学报Volume 15Number 5 2018年5月Journal of Railway Science and Engineering May 2018成槽冲击荷载对邻近文物建筑的振动影响分析黄娟1，余俊1，雷明锋1，杨蕤2(1. 中南大学土木工程学院，湖南长沙410075；2. 中铁五局集团有限公司，湖南长沙410007)摘要：南昌地铁1号线某明挖区间地下连续墙冲击成槽施工振动可能对邻近的文物建筑——八一纪念馆旧址大楼产生不利影响。
在综合分析国内外建筑防振标准适用性及本旧址大楼自身特点的基础上，以疲劳极限为控制指标，给出具体的容许振动评价标准。
基于实测数据，从速度响应和振动主频率分析旧址大楼的振动特性及地表振动衰减规律。
研究结果表明：旧址大楼竖向和垂直于地下连续墙水平向的速度响应相对强烈，均随着楼层向上增大；成槽冲击荷载引起周边地表的振动主频率为16.5~20.2 Hz，旧址大楼振动主频率为10.0~12.5 Hz；地表的振动速度响应随离开振源的距离呈幂函数形式衰减；旧址大楼最大速度响应发生在顶层，小于振动限值，且旧址大楼未出现新裂缝，既有裂缝亦未扩展，成槽冲击荷载对纪念馆旧址大楼的振动影响在可承受范围内。
所得结论可为邻近文物建筑的施工振动防护和安全评估提供参考。
关键词：振动响应；文物建筑；冲击振动；成槽施工；安全分析中图分类号：U451.3 文献标志码：A 文章编号：1672−7029(2018)05−1164−07Vibration analysis of adjacent historic building caused bytrenching impact loadHUANG Juan1, YU Jun1, LEI Mingfeng1, YANG Ri2(1. School of Civil Engineering and Architecture, Central South University, Changsha 410075, China;2. China Railway No.5 Engineering Group Co. Ltd, Changsha 410007, China)Abstract: The vibration caused by diaphragm wall trench construction of a cut-and-cover section in Nanchang metro line 1 maybe has a harmful effect on the adjacent historic building, namely August 1 Memorial building. Based on comprehensive analysis of the suitability of domestic and foreign standards for buildings against man-made vibration and its own performance, the vibration tolerance value of August 1 Memorial building is given with fatigue limit being considered as one control index. According to measured data, dynamic characteristic of this historic building and attenuation law of ground vibration are studied by ways of vibration velocity and main frequency. The results show that: Vibration velocities of the structure in vertical direction and in horizontal direction perpendicular to diaphragm wall are higher than that in other direction and grow with the distance from ground; the vibration frequency of ground varies 16.5~20.2 Hz and that of Memorial building varies 10.0~12.5 Hz under the trenching impact load; velocity amplitude of ground attenuates with distance in the form收稿日期：2017−03−16基金项目：国家自然科学基金资助项目(51308270, 51508575)；国家重点基础研究计划(973计划)资助项目(2011CB013802)通信作者：黄娟(1977−)，女，湖北荆州人，讲师，博士，从事隧道及地下结构动力响应研究；E−mail：154668562@qqcom第5期黄娟，等：成槽冲击荷载对邻近文物建筑的振动影响分析1165of power function; The maximum velocity of Memorial building, appearing at top floor, is less than the specified vibration allowable value. Not only does not a new crack take place in structure, but also the existing crack does not expand. So the vibration caused by trenching impact has little harmful effect on the Memorial building. The obtained results will provide useful reference to vibration protection and safety assessment of the similar project construction neighboring existing historic buildings.Key words: vibration response; historic buildings; impact vibration; trench construction; safety analysis土建施工作业，如强夯、打桩、爆破等往往伴随着巨大动能的产生，除小部分转为热能外，大部分动能以应力波的形式向周围土层扩散，迫使地面及邻近建筑物产生振动，给周边环境带来不利影响。
火车的震动对房屋地基的影响及处理措施
火车的震动对房屋地基的影响及处理措施摘要：火车震动产生的荷载对地基沉降的影响比较的大，而地基不均匀沉降对房屋建筑的危害也是非常严重，容易造成外墙裂缝、屋面漏水、结构坍塌等严重问题。
为了有效确保铁路沿线房屋的安全使用，本文对房屋地基受火车震动的影响进行了分析，并对有效的处理措施进行了探究，以促使地基的稳固，确保房屋的安全使用。
关键词：震动；房屋；地基临近铁路沿线的房屋建筑，通常容易受到火车震动的影响，且这种影响在某种程度上非常强烈而频繁，而对于地基条件来讲，其整体状况是复杂多变的，与此同时，铁路沿线旁遮挡阳光的绿色植物非常的少，高温的产生也会对房屋建筑物的昼夜温差造成大的影响。
由此一来，铁路沿线的房屋建筑物容易受到较为强烈的影响。
其中，火车震动的影响对地基沉降的影响更为严重，而这些都会造成建筑物相关的一些危害，包括外墙裂缝、屋面漏水等，对房屋的美观和使用带来不利。
当情况更为危急时，还可能造成房屋的倒塌现象，给人民财产造成的损失非常严重。
为此，必须重视火车的震动对房屋地基的影响，并能够依据工程经验对相关问题进行处理和防治，才能更好的确保地基的稳固，而房屋建筑的使用也会更加安全。
一、火车震动造成房屋裂缝产生的原因分析（一）基础不均匀沉降造成的危害基础不均匀沉降容易引起上部砌体结构开裂，而这类裂缝的产生最为常见。
其引起的开裂大部分为斜裂缝，而上端对下端的基础沉降较大。
若墙体中间部分的沉降比两端大，墙体两端部的斜裂缝则呈八字形，非常大的墙体长度中，还会有垂直裂缝的出现。
如果墙体两端部的沉降大，斜裂缝则为倒置的八字形。
当房屋各部分的荷载差异较大时，重、高部分就会产生较大的沉降，而轻、低部分则会有斜裂缝的产生。
（二）超静定结构的危害对于框架等超静定结构而言，各柱的沉降差在梁柱等构件中会有附加内力的产生，而铁路沿线的超静定结构是火车传来的震动，各柱之间的震动在时间和幅度上的差异则比较的细微，同时也会有附加内力的产生。
地铁列车振动对颐和园北宫门古建筑木结构影响的实测与分析
第 36 卷第 6 期2023 年12 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 6Dec. 2023地铁列车振动对颐和园北宫门古建筑木结构影响的实测与分析巴振宁1，符瞻远1，付继赛1，马鸣昊2，高愈辉2（1.天津大学建筑工程学院，天津 300350； 2.天津大学国际工程师学院，天津 300072）摘要: 针对地铁运行对木结构古建筑的影响这一问题，本文以颐和园北宫门和北京市地铁4号线为研究对象，采用ABAQUS建立了列车‑隧道‑土层‑木结构古建筑耦合模型。
通过与现场实测结果对比，验证了有限元模型的精度，并系统地研究了地铁运行时地铁线路与古建筑之间的夹角、列车速度对木结构古建筑振动的影响。
结果表明：场地地表与北宫门结构的振动强度的模拟结果与实测结果基本一致，实际工况下北宫门的振动响应满足限值要求；地铁线路与临近木结构古建筑长轴方向夹角为0°时，结构振动强度最大，且对于不同夹角，振动最强烈的均为距地铁线路最近的结构柱；随着列车速度的增大，木结构古建筑的振动强度显著增大，与车速60 km/h时相比，车速为80 km/h 时结构的振动幅度增加了19.67%。
关键词: 木结构古建筑；地铁列车；现场实测；有限元分析；振动影响中图分类号: TU311.3； U231 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）06-1602-11DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.06.015引言木结构是中国古代建筑重要的结构形式，广泛分布于中国各地，具有极高的艺术价值、历史意义和科学价值，但由于年代久远且结构形式复杂，具有易损伤、修复难度大等特点［1］。
近年来随着轨道交通建设的快速发展，越来越多的地铁线路建设在木结构古建筑附近，地铁运行产生的长期、反复的振动荷载，必然会对其安全造成不可忽视的影响。
交通荷载对双井子堡古城墙振动影响的现场实测与数值分析
第 36 卷第 3 期2023 年6 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 3Jun. 2023交通荷载对双井子堡古城墙振动影响的现场实测与数值分析乔雄1，刘文高1，骆维斌2，倪伟淋1，杨鑫1，黄锦聪1，刘锦龙1（1.兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 730050；2.公路建设养护技术、材料及装备交通运输行业研发中心，甘肃兰州 730050）摘要: 由于古建筑结构材料特殊、历史悠久且文化内涵丰富，其在交通振动下的动力响应规律研究成为古建筑安全性研究的重要内容。
针对古城墙在道路车辆运行影响下的振动高程效应，以及结构的安全性评估问题，基于多种工况开展振动特性的现场测试和振动高程响应机制的理论分析，结合数值模拟方法，并根据相应的安全判据和允许标准进行了研究。
结果表明：道路交通荷载影响下古城墙的振动主频率范围为5~25 Hz，城墙顶部振速大于底部振速，顶部的放大系数范围为1.08~2.21，振动放大效应主要受车辆载荷和行驶速度的影响；随着模拟车辆载荷以及行驶速度的增加，城墙质点峰值速度放大系数f PPV增大，振动放大效应明显，f PPV处在1.02~1.77之间。
通过对f PPV增量ACI（Amplification Coefficient Increment）进行分析，表明车辆载荷对振动高程效应的影响程度大于车辆速度；对模拟结果以及现场实测数据进行拟合，发现在交通振动激励下城墙底部和顶部的振速存在一定的线性关系；根据现场实测数据与数值模拟结果，对古土城墙的安全性进行了评估，提出了基于通行车辆交通管理的古土城墙防振、减振措施。
关键词: 古土城墙；交通振动；现场测试；数值模拟；高程放大效应中图分类号: TU361 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）03-0776-13DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.03.020引 言随着中国交通系统全方位、多层次、立体化的发展，公路交通的建设使得交通网络的密集度大幅度增加，但随之而来的交通振动问题也开始引起人们的关注。
浅述轨道交通振动对古建筑的环境影响及评价
科技资讯2016 NO.29SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 程 技 术53科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 随着现代经济的发展,城市人口和城市规模日益扩大,交通问题日益突出。
城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约资源等特点,是解决城市交通拥挤的一种有效手段。
地铁作为城市快速轨道交通的先驱,近年来得到快速发展。
但城市轨道交通在运行中的振动和噪声问题不容忽视。
崔高航等[1]对轨道交通引起的环境振动问题进行了详细的评述,裴强等[2-3]研究了轨道交通诱发振动对周围建筑物的影响,辜小安等[4]对地铁振动引起的建筑物内二次结构噪声进行了影响预测,该文采用实测的方法,对苏州市轨道交通一号线沿线振动影响进行了实例分析。
1 工程建设概况苏州市轨道交通一号线起点为吴中区木渎站,终点在金鸡湖东钟南街站,全长25.739km,全部为地下线。
轨道正线为60kg/m 钢轨,轨距1435mm,整体道床,扣件采用弹性减振扣件、Ⅲ型轨道减振器扣件。
车辆采用B型电动客车,4节编组,最高运行速度80km/h。
2 研究区域概况苏州市轨道交通一号线工程沿线共有8处古建筑,包括3处苏州市文物保护单位及5处苏州市控制保护古建筑,分布在养育巷站至相门站之间的线路南北两侧。
3 振动影响评价标准世界各国对城市区域环境振动和噪声标准已有明确规定,各国的振动标准基本都是以国际标准化组织(ISO2631)为指导。
中国也有《城市区域环境振动标准》(GB 10070-88)及《城市区域环境噪声标准》(GB 3096-93),适用于连续发生的稳态振动、冲击振动DOI:10.16661/ki.1672-3791.2016.29.053浅述轨道交通振动对古建筑的环境影响及评价①李洁1 刘迎2(1.南京市环境保护科学研究院 江苏南京 210044;2.南京国环科技股份有限公司 江苏南京 210042)摘 要:该文以苏州市轨道交通一号线为例,在实测的基础上给出了地铁列车通过、无地铁列出通过时古建筑内地面水平向振动速度典型时域波形,轨道纵向和轨道横向的水平振动速度,从而探讨轨道交通振动对古建筑的环境影响。
地铁施工与运营振动对文物建筑影响研究
地铁施工与运营振动对文物建筑影响研究摘要：随着我国城市轨道交通的迅猛发展，越来越多的地铁车站及隧道紧邻或位于重要的建筑物下方。
地铁站施工过程中会引起地面沉降等变形，在投入运营过程中产生振动，都会对邻近的建筑物等正常使用和安全造成不同程度的影响。
关键词：地铁站；文物建筑；影响随着城市轨道交通的快速发展，明挖法施工地铁车站的应用越来越多。
一般情况下地铁车站位于城市的中心区域，车站周围的环境较为复杂，基坑开挖时势必对周围建筑物特别是对文物建筑产生不利影响。
如何通过系统的监测保证建筑物的安全，成为一个越来越重要和复杂的课题。
国家级、省级文物保护建筑与一般建筑物相比，沉降控制、倾斜控制的要求更为苛刻。
因此，有必要针对性的研究对文物级保护建筑的相关保护和控制措施。
一、地铁盾构施工对城墙影响该地铁二号线通过城墙区段采用盾构施工工艺，必须对施工过程中引起的地面隆起和沉降对重要文物建筑的影响进行科学地评估，制定出合理的变形控制标准。
南门区段城墙高约11.6m，北门区段城墙高约12m。
1、沉降变形控制标准确定。
依据评估报告，进行地基变形对城墙影响的有限元仿真分析。
建立有限元数值仿真模型，将隧道-地基一建筑物作为同一个分析系统纳入到模型中，在地铁掘进过程中地表产生沉降槽时城墙变形和应力状态，进而推导得出城墙所处的屈曲状态，计算推测出城墙达到极限状态时，对应的沉降槽曲线特征，由该沉降槽得到的最大沉降量就是由有限元模型计算出的城墙在地铁盾构施工中变形极限值。
城墙南、北门保护范围内地表变形必须保证在该变形极限值范围内，并考虑到城墙的重要文物价值，提出具有较高安全储备的变形控制标准，计算结果表明，当地表变形量控制在一20一+5mm时，城墙处于相对安全状态。
2、地铁施工引起城墙沉降的数值模拟计算分析。
采用FLAC3D软件进行沉降三维数值模拟计算，该软件在模拟支护体方面提供了梁、桩、锚杆、壳体等多种结构单元，适用于隧道开挖等岩土工程问题，并能方便地模拟加固单元，已经成功应用于多处地铁工程变形预测与加固研究。
轨道交通系统对周围建筑物的振动影响_一般
轨道交通系统对周围建筑物的振动影响_一般在欧美等西方发达国家并且把振动列为七大环境公害之一［１］随着经济的发展振动问题也引起了一些专家学者的注意振动对于居住在铁路线周围的居民的环境影响非常大当振动加速度达到６５ｄＢ时振动加速度达６９ｄＢ时振动加速度达到７４ｄＢ时一般情况下铁道部劳动卫生研究所通过对我国几个典型城市的铁路环境振动的现场实测测试结果表明这样高的振级将极大的影响铁路沿线居民的日常生活及身心健康着手研究振动污染规律振动传播途径及控制方法具有非常重要的意义随着现代化的进行由于城市轨道交通系统具有运量大安全可靠不占用一般道路等优点国内已经拥有和正在建设的地下铁道系统的城市越来越多近年来在城市交通系统建设中如拟议中的西直门至颐和园轻轨快速交通系统可能对附近文化和科研机构产生的振动和噪声影响为此北京市城建设计院北方交通大学上海等一些大城市修建地铁发表了有关地铁振动波的传播及其对周围环境和建筑物影响的初步研究成果由运行列车对轨道的冲击作用产生振动隧道基础和衬砌或桥梁的墩台及其基础进而通过土介质向四周传播包括其结构和室内家具从而对建筑物的结构安全以及建筑物内的人们的工作和生活产生了很大的影响１．列车以一定的速度运行时２．列车在轨道上运行时３．当车轮滚过钢轨接头时４．轨道的不平顺和车轮的损伤也是系统振动的振源摘要轨道交通系统对周围环境及临近建筑物的振动影响越来越引起人们的关注使环境振动污染的问题更加突出并提出了减少建筑物振动的措施工程设计ＣＡＤ与智能建筑２００１（２）１９工程设计ＣＡＤ与智能建筑２００１（２）２０对于高架轻轨系统列车速度桥梁结构类型和基础类型刚度列车与桥梁的相互作用也会加大振动作用由于国内还没有建成高架轻轨系统通过动力分析求得了列车运行时作用在桥上的列车振动荷载桥墩－基础－地基通过动力响应分析通过分析和计算轻轨列车振动所引起的附近地面振动将随距轻轨线路距离的增加而衰减大约在４０ｍ轻轨系统桥梁的基础类型对地面的振动影响比较大速度且采用桩基时甚至由于采用了不同的桥梁基础采用浅平基础时若采用桩基时高架桥线路与路基线路相比距线路中心线３０ｍ处的振动强度可降低５ｄＢ对于地铁列车的振动效应文献［６］根据实测轨道加速度得到了列车荷载的模拟动荷载文献［５］通过建立系统动力分析模型的方法就地铁列车运行时所引起的环境振动及振动波的传播规律进行了研究地铁列车在隧道内高速运行时振级平均值为８１ｄＢ振级平均值为７１．６ｄＢ振级将不断衰减地铁振动影响的范围在很大程度上还取决于列车通过的速度及隧道的埋深振动干扰越强埋深越大随距离增大而振动强度减弱的规律也适用于沿线建筑物在传播过程中的衰减要快于垂直方向实测结果表明因此在评价楼房受列车运行所引起的振动影响时对于常规的建筑物的平面而言所以无论建筑物的走向与线路的相对位置如何总以其横向大于纵向振动的规律出现一般来说特别是在４层以下振动的强度有增大的趋势振动强度的分布有以下特点以人体反应比较敏感的低频为主６０Ｈｚ的振动强度较大随行车速度的提高３．就地面振动随距离的衰减而言同一列车引起的地面振动越大一般认为(a) 地面振动随距离的变化规律 (b) 地面振动加速度随距离变化的规律图１实测地面振动加速度随距离的分布40ωL/m 02040608010060646872768084无锡北京G /d BL/m L/mL/m工程设计ＣＡＤ与智能建筑２００１（２）２１北方交通大学的研究生论文曾分别在桥梁跨度３２ｍ上承式钢板梁桥１０ｍ８０ｋｍ／ｈ京广线１１０ｋｍ／ｈ结果见图１现地面振动分别在距桥墩６０ｍ左右处和距线路４０ｍ左右处出现了加速度的反弹增大随距离增大而振动强度减弱的规律也适用于沿线建筑因而沿线建筑物内的垂直方向的振动将大于水平方向的振动建筑物的水平振动一般约小于垂直振动１０ｄＢ可以垂直方向的振动为主长度由列车所形成的振动荷载几何上可以模拟成谐和线荷载波源则可将问题视为平面应变问题其中ｋＲｋｓ分别为瑞利波剪切波的波数ＫＤＤ１仅为相依于介质泊松比的常数其值并不随ｘ的增加而衰减第三项代表剪切波的振幅则可忽略随着x －５／２衰减的项压力波和剪切波可视为随着x －３／２而衰减而压力波与剪切波会随着x 的增加而迅速衰减可将２其中则三种波的振幅均为出现一项随着指数衰减的项瑞利波因材料阻尼的存在而呈衰减趋势而在两种体波中所以压力波的衰减较剪切波为慢振动能量呈圆柱状扩散点波源作用下在地表面上并不衰减Ｐ波和Ｓ波其振幅在地表面下将反比于接收点与线荷载距离的平方各向同性的弹性半空间但是它给出了在点波源或线波源作用下面波衰减的一些基本特征经常会影响邻近的结构物设备等有不可忽视的影响因而对地面振动防止对策的研究已经成为一个非常重要的环境和工程问题ｔ轻地面振动的有效措施一般而言橡胶垫层以及桩等屏障来截断绕射各种应力波而达成连续屏障是指屏障是连续的整体用泥浆非连续屏障指屏障由间断的屏障单体构成一般所研究的振动屏障问题一为主动隔振近场即利用间接或围绕振动的障壁由于主动隔振法的屏壁接近波源Ｐ波和Ｓ波另一类为被动隔振远场即在离振源较远处作屏障使之无法降低振动的地点所以主要用来阻隔面波为主散射和衍射的基础上屏障屏障对波的散射效应决定其隔振效果所以理论解多限于体波但仍限于几种规则屏障已有很多人做过研究Ｐａｏ［１２］等曾利用解析的方法研究波在圆形及抛物线型障壁的折射问题而使其解仅限于简单的几何形状和在特殊的理想条件下又有许多学者利用有限元配合特殊的人工边界研究了弹性基础对降低交通振动的效用研究交通的隔振问题指出非连续排桩屏障的散射效应决定隔振效果为防止振动表面波的传播筑墙等措施也能取得一定效果弹性基础研究结果表明但由于弹性基础的存在所以无论是对于运行列车的平稳性还是对周围环境的隔振来说对于明沟和充填式沟渠而言减振沟越深减振效果越好对阻隔列车引起的振动而言它可以完全切断振动波的传播就可以获得理想的隔振效果明沟有稳定性的问题对于低频振动对于高频振动上述三种隔振措施的效果都可以４结论虽然对于轨道交通系统对周围环境的影响这一课题国内外都做了不少工作１造成干扰性的振动或破坏必须首先了解地表下波传特性工程实际中遇到的土都是非常复杂必须在弹性波理论揭示的规律基础上参考文献１夏禾于大明．城市轨道交通系统引起的环境振动问题．北方交通大学学报１９９８２耿传智等．高架轨道交通的振动与噪声控制．上海铁道大学３夏禾等．高架轻轨系统列车振动效应研究．地铁与轻轨１９９２４夏禾等．轻轨列车和高架桥梁系统的动力响应分析．北方交通大学学报１９９４５夏禾．车－桥－墩体系动力相互作用分析．土木工程学报１９９２６潘昌实等．地铁区间隧道列车振动测试与分析．土木工程学报１９９０７王毅．北京地下铁道振动对环境影响的调查与研究．地铁与轻轨Ｎｏ．５工程设计ＣＡＤ与智能建筑２００１（２）２２。
交通荷载作用下古木建筑结构的振动预测方法与验证
交通荷载作用下古木建筑结构的振动预测方法与验证张允士;张捕;樊华;曹艳梅;夏禾【摘要】本文旨在建立一种交通荷载作用下古木建筑振动响应的预测方法.首先,针对本文所提预测方法在扬州准提寺藏经楼进行现场测试,根据测试数据对藏经楼的模态参数进行识别,并采用有限元软件ANSYS建立藏经楼的有限元模型;其次,通过对比交通荷载影响下藏经楼振动响应的预测值和实际测量值,对本文提出的振动预测方法的有效性进行试验验证;最后,采用该预测方法对车速相差不大、荷载幅值更大的汽车影响下的藏经楼振动响应进行预测.测试数据及数值计算结果表明:在某典型汽车影响下二楼测点处的峰值加速度的预测值与实际测量值之间相对误差仅为1.47%,说明采用本文所提振动预测方法可以有效地预测交通荷载作用下古木建筑的振动响应.%The aim of this work is to establish a method for predicting vibrations induced in ancient wooden structures by traffic loads. First,a field test was performed at the Buddhist sutra depositary at Yangzhou Zhunti Temple,based on the prediction method. The modal parameters were identified from the experimental data,and the FE model was established using ANSYS. Next,the efficiency of the prediction method was validated by comparing the predicted values of the traffic load-induced vibrations of the Buddhist sutra depositary with the corresponding experimental data. Finally,the vibration response of the Buddhist sutra depositary under the influence of heavy traffic load moving at high speed was predicted. The comparison between experimental data and numerical calculations reveals that the relative error between the predicted value and the experimental data of the peak acceleration induced by a typical vehicleis as small as 1. 47% . This indicates that the vibration response of a certain structure under the influence of traffic load can be effectively predicted by the proposed method.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2017(052)005【总页数】8页(P902-909)【关键词】古木建筑;振动测试;模态参数识别;分频振动传递法;振动预测【作者】张允士;张捕;樊华;曹艳梅;夏禾【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;扬州大学建筑科学与工程学院,江苏扬州 225099;北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TU366.2;TB533.2古木结构建筑是中国建筑史上浓墨重彩的一笔，是结构形式和建筑艺术形式结合的瑰宝，中国古木建筑对于推动世界古木建筑的发展起着至关重要的作用.但是随着时间的推移，古建木构的结构可靠度和承载性能不断下降，人流量和周围交通荷载不断增大对于古代木结构建筑的整体结构性能影响也在不断加大，加速了古建木构的结构性能的衰减.因此，如果能较准确且有效地预测极端交通荷载作用下古木建筑的振动响应，提前采取减隔振措施，减小交通荷载给古木建筑结构带来的危害，对延长古木建筑结构自身服役寿命意义重大.对于古木建筑的研究主要可以概括分为2个方面来考虑，一是研究者对于古木建筑独特的结构形式及受力特点上进行研究，赵鸿铁等［1］对于中国古代木结构的结构形式、各连接部及杆件的受力特点特别是中国古木建筑结构独有的斗拱及榫卯连接进行了较为详尽的评述;姚侃等［2］通过建立缩尺模型，进行榫卯节点的低周荷载试验，研究榫卯节点的减振性能及刚度退化规律;徐明刚等［3］针对古木建筑的榫卯节点的抗震性能及加固后抗震性能的改变进行了试验研究.二是在对于古木建筑结构形式及受力特点有了深入的了解之后，研究者［4-7］基于现场环境振动测试识别得到目标建筑物的模态参数，研究目标建筑物的动力特性，并基于识别的结构物的模态参数建立目标建筑物的有限元模型，进一步研究动力荷载影响下的古木建筑物的振动响应;张锡成［8］研究了地震作用下的古木建筑结构的动力响应;宋琪［9］研究了地铁和地面交通荷载影响下的北京正阳门的动力响应问题;王娟等［10］基于振动响应灵敏度识别方法对木结构损伤进行数值模拟识别;李克飞等［11］针对交通荷载影响下的古建筑进行现场振动测试分析;赵均海等［12］建立古木结构的三维有限元模型并进行相关动力分析.在建立目标建筑物的有限元模型的基础之上，Breccolotti等［13］建立了铁路交通引起的结构的振动响应预测方法;Crispino［14］建立了振动预测模型并和现场实测数据进行了对比;Chebli等［15］提出了一种移动荷载列引起的古建的振动响应的预测方法.由于古木建筑结构的特殊性，不能经常对其进行现场振动测试，因此如果能够对古木建筑的振动提出一种振动预测方法，同时随着交通量的不断加大，能有效预测结构物的振动响应，可以提前规避古木建筑物在极端交通荷载作用下带来的潜在振动危害.为验证本文所提预测方法的有效性，在扬州准提寺藏经楼开展现场振动测试，并建立该藏经楼的有限元模型，基于识别出的结构模态参数对该模型进行修正，最后以振动信号分频传递方法为基础，针对极端交通荷载影响下的藏经楼振动响应进行预测分析，在不需要现场振动测试的情况下获得结构各关键位置处振动响应.为研究交通环境影响下的古木建筑结构振动响应的研究者提供参考.将振动信号看成各单频振动信号组成的集合，按照分频传递的方法对结构在交通荷载下振动响应进行预测，步骤如下:(1)通过现场测试获得同一车辆荷载引起的点A 和点B的加速度时程，如图1所示;(2)计算得到各单频信号从路边点A传递到建筑物基底点B的传递比;(3)由传递比分别计算出在极端交通荷载影响下每一单频信号在基底处的加速度;(4)在结构物基底输入加速度时程，按照有限元法计算得出每一单频信号影响下的结构物的振动响应;(5)将结构物在任意时刻每一单频荷载影响下的振动响应进行叠加，进而得到整个结构物的振动响应.具体振动预测方法流程图如图2所示.设多自由度体系外荷载为简谐荷载，即式中:M、C、K分别为系统相应的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵;¨X、X、X分别为加速度向量、速度向量、位移向量;P为系统所受到的外力向量;ω为P的频率;t 为作用力时间.方程的解为式中:式中:N≤n;φi为第i阶振型向量;Yi代表广义的振型参与系数;yi、ψi、rn、αn 及βn 均为常数;S1=(Q1l，Q2l，…，Qnl)T，Qll为常数(l=1，2，…，n).从式(3)可知，多自由度体系在单频激励下各自由度稳态响应仍为单频，振动频率与激励频率相同.当式(1)中输入荷载呈倍数l变化时，方程的解是其中:Pn、ωn分别为第n阶振型的正规广义荷载和固有频率;Mn、Kn分别为第n 阶振型的正规广义质量和广义刚度;ξn为第n阶振型的正规广义阻尼比.式中:λ为放大倍数.从式(4)可知，当各频率间输入荷载之比保持不变时，各频率间的输出加速度之比亦保持不变.由经典结构动力学理论可知，任意时刻的振动信号可以看成是一系列简谐波信号的叠加，即式中:Ak、wk、jk分别为第k个单频信号的幅值、频率、相位;N1为单频信号总数. 因此，如果得到两点之间的振动传递函数，预测点的振动响应可以计算出来，计算步骤如下:(1)对点A和点B在同一车辆荷载作用下的振动响应时程xA1(t)、xB1(t)分别进行傅里叶变化，即理想状况下，在白噪声激励下的结构物振动响应信号的频谱图中，峰值处对应的频率应该为结构物的固有频率，但是实际中测试环境振动影响下结构物的振动响应时，测试信号往往受到人为走动及电信号的干扰，在结构物振动信号的频谱中出现虚假峰值，因此还需要分析不同测点之间的互相关函数，如果自相关密度函数和互相关密度函数图形在同一频率处同时出现峰值，则认为该频率为结构物的固有频率.本文以环境振动激励作为输入，将传递函数定义为频响函数，即各楼层在环境振动影响下的响应信号互功率谱密度函数与参考点响应信号自功率谱密度函数的比值.以参考点为输入，测点为输出，用参考点与各测点之间的传递函数幅值之比表示振型系数，分别为式(10)和式(11).(2)计算得到点A和点B之间的传递函数为若已知另一加速度时程 xA2(t)，XA2(ω)是xA2(t)的FFT之后的结果，对应B点的加速度时程xB2(t)的FFT变换结果XB2(ω)可由传递比计算得到.(3)xB2(t)可以由式(9)的函数计算得到.式中:Φ为振型系数;H(ω)为传递函数，下标a代表测点，b代表参考点;Sxx(ω)、Sxy(ω)分别为响应信号的自谱和互谱函数.振型系数在各测点处的符号可由各测点间互功率谱的相位关系确定:同相同号，异相异号［17］.结构的动力方程为式中:¨s、s、s分别是结构的加速度、速度和位移向量.拟将多个质量大的虚拟质量块集中在基础激励处，然后释放基础激励方向的自由度，在基底施加与激励方向相同的作用力为式中:M0为基础虚拟作用在建筑物基底的大质量块;¨s0为输入的基底加速度;j为相应的基础节点(j=1，2，…，q)，q 为基础节点总数.因此，结构的动力方程为方程(14)中第j个方程可以扩展成方程(15)中，M0≫m，因此¨sj≈¨s0，对于基础的其他输入点也有相同的结论，从而可以实现基础输入非一致激励加速度的计算.在大质量法中，M0常常取作整个结构物质量的105～106倍，本文中取整个结构物质量的105倍.扬州准提寺藏经楼是明末清初的古代木结构建筑，共分为2层，设有34个柱，柱与柱之间通过枋与梁相连接，梁与柱的连接是榫卯连接方式，东西侧山墙是砖砌结构，山墙处的立柱设在山墙之外，墙壁只起围护、分隔作用，二楼木质楼板直接搭接在二楼梁上.藏经楼距离盐阜东路只有14 m，盐阜东路平时车流量较大，汽车经过时藏经楼振动信号明显.根据相关规范［16］及测试数据分析的需要，在第1层靠近柱子的地面上和第2层靠近柱子的楼板处，以及柱子顶端布置测点，同时测量测点处在周围交通荷载影响下的两个水平方向的加速度和速度.本次测试的采样频率为1 024 Hz，每组采样时长1 200 s.测点布置如图3所示.取第2层测点处的一组典型振动响应信号如图4所示.取第2层和第3层同一柱子处测点的振动测试信号进行自相关密度函数和互相关密度函数的分析，如图5所示.测试信号由于受到周围环境振动信号的干扰较大，从图5频谱上只能看出结构的前两阶自振频率分别为2.84 Hz(X方向)和3.09 Hz(Y方向).为了进行下一步对于藏经楼的在极端交通荷载下的振动预测，本文需要先建立藏经楼的有限元模型，采用大型商业软件ANSYS建立藏经楼的有限元模型.此有限元模型中，柱子、枋、梁使用beam188单元来模拟，第2层楼板与屋顶使用shell181单元来模拟，木材的弹模取为1.207×104 MPa，密度取为497 kg/m3.基于上述条件建立的藏经楼的有限元模型如图6所示.为验证所建有限元模型的准确性，需对所建立的结构有限元模型进行模态分析，将计算得到的结构模态参数和识别的结构模态参数对比如表1所示.正常状态下，准提寺所在位置鲜见重载货车高速通过，无法仅以测量方式分析极端情况下建筑物的振动状态.因此，按照本文提出的振动预测方法，可以实现极端交通荷载作用下藏经楼的振动响应.在藏经楼附近的路边及藏经楼基础处布置加速度传感器，测试同一汽车经过时引起的藏经楼附近的地表加速度以及藏经楼的基础振动响应情况，具体测点布置如图7所示.将图7中A、C两点测得的同一行驶汽车引起的振动信号进行处理，得到1/3倍频程谱图中各中心频率下的加速度时程.将A、C两点同一频率对应的加速度时程最大值之比定义为该频率的传递比.将一典型行驶汽车引起的振动信号进行处理，得到1/3倍频程谱图中各中心频率下的加速度时程，并统计各点在各中心频率下的加速度最大值，如图8所示.从图8中可以看出，卓越频带内的各单频振动信号对应的加速度峰值相对较大，因此本文主要研究卓越频带内的各单频振动信号.取过车信号明显的测试数据，将卓越频带10～20 Hz内各中心频率下的加速度时程提取出来，分析各单频信号从点A传递到点C的传递比.由于受周围环境振动以及传递路径的干扰，不能保证任意车经过时任一单频信号在A、C两点之间的传递比是不变的，故取多组测试数据进行统计，排除一些传递比异常值，将剩余的传递比数据取平均值计算，于是得到卓越频带内的中心频率10.00、12.05、16.00、20.00 Hz的传递比，进而计算任意车辆经过时引起藏经楼的振动响应.为了验证本文所提出的方法的合理性，对一行驶汽车引起的藏经楼第2层的测点处的振动响应进行预测，该车引起的第2层测点处的实测值与预测值如图9所示.本文中目标建筑物的预测点距离近场振源替代点A的水平垂直距离只有14 m，高差仅4.85 m，振动波传递如此短距离的时间极短，因此没有考虑不同频率信号间的相位差.同时进一步验证文章所提预测方法的有效性与准确性，本文引进峰值加速度以及加速度的有效值两个量化指标进行对比分析.首先是根据文章中的实测的数据以及计算预测的数据，进行峰值加速度以及加速度有效值的计算，其中离散时间的加速度有效值的计算式［18］为式中:a(i)为第i个时间点的加速度;N2为时间点总数.根据图9中实测和计算预测的加速度时程及结合式(16)，计算得到实测和预测的峰值加速度以及加速度有效值，如表2所示.从图9及表2中可以，看出现场实测加速度和预测加速度从加速度时程曲线的形态以及时程对比分析的量化值指标两方面都很接近，说明了本文所提预测方法的有效性与准确性，但是仍有些许差异，其原因可能是:(1)第2层测点处受到周围环境振动的干扰;(2)计算目标建筑物振动响应对于阻尼的选取和实际有差异;(3)建筑物内部存在损伤及自激励，但是有限元没有考虑.在一条车速和盐阜东路上汽车行驶速度相差不大，但是交通量和交通荷载更大的路边布置测点，测得路边地表振动响应作为极端交通荷载下藏经楼路边A点的振动响应，采用本文提出的分频振动传递法，计算得到卓越频带内各单频信号在点C 的振动响应.通过有限元方法计算得到各单频信号作用下整个藏经楼的振动响应，进而获得藏经楼各关键位置处的振动响应.测得的路边的振动响应信号如图10所示. 利用分频传递法，得到单一频率下的加速度时程，将各单频荷载引起的结构物的振动响应计算值进行叠加后得到藏经楼第2层柱子处的振动响应如图11所示.本文对扬州准提寺藏经楼进行了现场测试，建立了藏经楼的有限元模型并通过识别出的藏经楼的模态参数对所建有限元模型进行验证，最后采用振动信号分频传递和有限元计算相结合的方法对极端交通荷载作用下的藏经楼振动响应进行预测，可以看出，基于振动信号分频传递的思想，利用单频信号在固定两点间的传递比不变的特点，采用分频振动传递方法和有限元计算方法结合，可以有效地预测交通荷载作用下的建筑物振动响应.【相关文献】［1］赵鸿铁，张风亮，薛建阳，等.古建筑木结构的结构性能研究综述［J］.建筑结构学报，2012，33(8):1-7.ZHAO Hongtie，ZHANG Fengliang，XUE Jianyang，et al.Research review on structural performance ofancient timber structure［J］. Journal of Building Structures，2012，33(8):1-7.［2］姚侃，赵鸿铁，葛鸿鹏.古建木结构榫卯连接特性的试验研究［J］.工程力学，2006，23(10):168-173.YAO Kan， ZHAO Hongtie， GE Hongpeng.Experimental studies on the characteristic of mortisetenon joint in historic timber building［J］.Engineering Mechanics，2006，23(10):168-173.［3］徐明刚，邱洪兴.中国古代木结构建筑榫卯节点抗震试验研究［J］.建筑结构学报，2010(增刊2):345-349.XU Minggang，QIU Hongxing.Expermiental study on seismic behavior ofmortise-tenonjoints in Chinese ancient tmiberbuildings［J］. Journal of Building Structures，2010(Sup.2):345-349.［4］ UCAK S， BAYRAKTAR A， TURKER T. Finiteelement model calibration of historical masonry domes using operational modal testings［J］. Journal of Performance of Constructed Facilities，2016，30(2):1-12.［5］ CALIK I，BAYRAKTAR A，TURKER T.Structural dynamic identification of a damagedand restored masonry vault using ambient vibrations［J］.Measurement，2014，55:462-472.［6］ CAGNAN Z. Numerical models for the seismic assessment of St.Nicholas Cathedral，Cyprus［J］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2012，39:50-60.［7］ CERONI F，SICA S，PECCE M R.Evaluation of the natural vibration frequencies of a historical masonry building accounting for SSI［J］. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2014，64:95-101.［8］张锡成.地震作用下木结构古建筑的动力分析［D］.西安:西安建筑科技大学，2013.［9］宋琪.地铁、地面交通振动荷载作用下北京正阳门古建筑的动力晌应［D］.北京:北京交通大学，2014.［10］王娟，杨庆山.藏式古建筑木结构损伤识别的数值模拟［J］.振动、测试与诊断，2014，34(1):160-166.WANG Juan，YANG Qingshan.Testing method and device for rheological properties of magnetorheological fluid at high shear rate［J］.Journal of Vibration，Measurement＆Diagnosis，2014，34(1):160-166.［11］李克飞，刘维宁，刘卫丰，等.交通振动对邻近古建筑的动力影响测试分析［J］.北京交通大学学报，2011，35(1):79-83.LI Kefei，LIU Weining，LIU Weifeng，et al.Tests and analysis of traffic-induced vibrationeffects on surrounding historic buildings［J］.Journal of Beijing Jiaotong University，2011，35(1):79-83.［12］赵均海，俞茂宏，杨松岩，等.中国古代木结构有限元动力分析［J］.土木工程学报，2000，33(1):345-349.ZHAO Junhai，YU Maohong，YANG Songyan，et al.Dynamic analysis for the ancient superstructure of the east city gate of xi'an by FEM［J］. China Civil Engineering Journal，2000，33(1):345-349.［13］ BRECCOLOTTI M，MATERAZZI A L，SALCIARINI D，et al.Vibrations induced by the new underground railway line in Palermo， Italy experimental measurements and FE modeling［C］∥ Eurodyn 2011:the Eighth International Conference on Structural Dynamics.Leuven: ［s.n.］，2011:719-726.［14］ CRISPINO M.Measurement and prediction of trafficinduced vibrations in a heritage building［J］.Journal of Sound and Vibration，2001，246(2):319-335.［15］ CHEBLI H，OTHMAN R，CLOUTEAU D.Response of periodic structures due to moving loads［J］.Comptes Rendus.Mecanique，2006，334:347-352.［16］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量检验监督检验检疫总局.GB/T 50452—2008古建筑防工业振动技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.［17］袁建力，樊华，陈汉斌，等.虎丘塔动力特性的试验研究［J］.工程力学，2005，22(5):158-164.YUAN Jianli， FAN Hua， CHEN Hanbin， et al.Experimental study of dynamic behave of hu qiu pagoda［J］.Engineering Mechanics，2005，22(5):158-164.［18］刘维宁，马蒙.地铁列车振动环境影响的预测、评估与控制［M］.北京:科学出版社，2104:19-22.。
地铁震动对地下古建筑的影响
地铁震动对地下古建筑的影响摘要：随着我国经济高速的发展，城市化的不断推进，地铁已经逐渐成为了城市中所不可或缺的一项基础性公共交通工具。
地铁数量增多的同时，往往会带来一系列的连锁反应与问题。
由于地铁工程深入低下，工程量又十分的巨大，因此会对地理环境与地质带来一定程度的破坏与影响。
根据一些专业的技术手段分析可知，地铁的运行会对其所在的地下古建筑带来震动响应影响，在低频段的荷载区域还会对古建筑的震动响应产生波动。
因此，为了能够维护地下古建筑的完整度，确保地下古建筑不会被地铁震动所影响，就需要对此展开深入的探究。
关键词：地铁震动；地下古建筑；影响探究前言：地铁已经成为了如今城市轨道交通的主要形式之一，一般会集中在城市人口密集的区域。
地铁在运行的过程中会经常通过高架桥、隧道等区域，由土地介质向地表与周围产生振动传播，容易引发周围以及地下的二次振动。
而很多城市地下拥有大量的古建筑，虽然地铁在建设的过程中会尽量的不去破坏这些地下古建筑，然而在通车后所产生的二次振动却会对这些地下古建筑产生一定的影响，甚至会造成间接的破坏。
一、地铁震动综合分析（一）地铁震动的主要来源地铁列车的质量较大，一旦静止在铁轨上时会对铁轨的接触面产生巨大的应力作用。
地铁列出启动后，巨大的应力会随着车体一直存在并移动，随着地铁列车速度的增加，强大的应力作用也会向着四周进行扩散，并带动起强大的应力场。
地铁列车在实际的运行中伴随着多种复杂的运动与运算规律，会涉及到多项的车轮滚动与相对滑动，还会受到车轮表面的凹凸程度、车轮与铁轨的相对位置与偏移等因素的影响。
随着地铁列车速度的加快，铁轨上的车轮受力不均、轨道的平整度以及其他的外在因素也会影响到地铁列车的震动系数。
（二）地铁列车震动传播途径分析地铁列车在高速运行时所产生的巨大应力震动，其传播途径往往分为两种，一种会直接转化为震动噪声，通过空气传播开来；一种则会通过固体在隧道内部、轨道层面进行传播，直到周边的建筑物内。
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贾颖绚1, 郭 猛2, 刘维宁1, 张新金1, 刘卫丰1
( 1. 北京交通大学 土木建筑工 程学院, 北京 100044; 2. 中国路桥工程有限责任 公司, 北京 100011)
摘 要: 在建的北京地下直径线周边有 3 处需保护的古建筑文物( - 明城墙、 - 老车站、!- 正
阳门和箭楼) , 对其进行列车振动荷载下的动力影响研究十分必要. 应用列车- 轨道耦合动力学理
表 1 影响建筑物正常使用的振动速度限值 T ab. 1 V ibr ation velocity limit of structur es
层厚度加权平均. 以 !- 正阳门和箭楼为例, 地层参 数主要包括厚度 d 、密度 、弹性模量 E 、泊松比 、 剪切波速 Cs、压缩波速 Cp、剪切模量 G 具体参数 见表 2. 结构材料的具体参数见表 3.
表 2 地层参数
建筑物的类型
有保护价值或对振动 特别敏感的建筑 古建筑
( 严重开裂风蚀者)
振源频 率/ Hz
10~ 30 30~ 60 10~ 30 30~ 60
合速度容许 值/ ( mm/ s)
30 3 0- 5 0
18 1 8~ 3 0
对应直径线 沿高频振动
国内外针对各种振源对邻近建筑物的 振动影
频率范围, 确定模型尺寸和单元网格大小, 边界采用 弹簧- 阻尼边界, 以减少边界反射波的影响.
地层参数参照工 程施工设计中地层的情况取
响, 制定了相关标准, 规定了一些影响建筑物正常使 值, 建模时将地层简化成 3 层, 每层参数按实际土
用的振动位移、速度和加速度限值指标. 参考国内外 文献[ 8- 11] , 确定以振动合速度作为直径线沿线古 建筑物的评价指标, 见表 1.
( c) 正阳门和箭楼 图 2 有限元模型 F ig. 2 Finite element models
3 列车动荷载的模拟
列车 轨道耦合的动力学模型[ 12 14] 主要由列车 模型、轨道模型及轮轨间的耦合关系 3 部分系统组 成, 其中车辆模型采用 6 节编组的车辆系列. 考虑每 节车 4 轴 10 个自由度的振动系统, 包括车体、转向 架、轮对、弹簧和阻尼器. 轨道模型采用 3 层质量 弹 簧 阻尼器系统支撑下的弹性长梁, 以模拟钢轨、轨 下垫层、轨枕和道床. 轮轨间的耦合关系采用 Hert z 非线性接触理论模拟, 如图 3 所示.
直径线和既有线与沿线地面古建筑文物的平面 关系及 3 处古建的剖面图见图 1.
图 1 直径线和既有线与沿线古建筑平面关系及古建筑剖面图
Fig . 1 Plane view o f metro lines and the sections o f histor ic buildings
1 评估标准的确定
大, 偏于安全选择 10~ 30 Hz 频率所对应的振动速 度容许值. - 明城墙属于严重开裂及风蚀古建筑,
取其振动合速度容许值为 1 8 mm/ s. - 老车站、
!- 正阳门和箭楼也为古建筑, 但经多次修缮, 结构 性能良好, 为有保护价值对振动特别敏感的建筑, 取
其振动合速度容许值为 3 mm/ s.
进行建模计算分析. 根据相应土层剪切波速及激励
3 个断面的有限元模型, 见图 2.
1 20
北京交通大学学报
第 33 卷
集中在低频段.
( a) 明城墙
图 3 列车 轨道耦合的动力学模型 Fig. 3 Coupled model of vehicle and track
( b) 老车站
( a) 时程曲线
Abstract: T here are t hree historic buildings: - the M ing Dynasty Wall, - t he Old Railw ay Sta t ion, !- the Zhengyangmen and Jianlou, w hich are in close prox im it y to the ex isting m et ro lines and the new Diamet er line in Beijing. T he v ibrat ion prediction and assessment of t he three hist oric build ings induced by t rains are presented in t his paper, since it is very necessary for t he preservat ion of t hese ancient archit ect ures. Numerical met hods are used to simulate the dynamic response in the structures. T he ex citation of trains onto the t unnel st ruct ure is obt ained by using t he vehicle- track interact ion model, w hich is applied on t he dynamic f init e element models. T he results include: t he dynamic re sponse of velocity in historic st ruct ures vary regularly along w it h t he horizont al and vert ical dist ance; T he vertical dynamic response is a major f act or in underg round st ruct ures, while t he horizont al is a major one in st ruct ure on the ground; T rain- induced vibrat ion in historic buildings is w it hin but close to the crit eria, so vibration mit igat ion measures should be taken to reduce the impacts in order to make allow ance to the preservation of cultural herit ag es. Key words: dynamic response; metro train; numerical simulat ion; historic buildings; vibration assessment
由此模型进行计算, 得到作用于隧道结构的列 车动荷载时程和频谱曲线, 如图 4 所示. 可以看出, 列车动荷载峰值为 72 kN/ m , 频谱主要分布在 0~ 20 H z. 此荷载主要是由列车的轴重产生, 频谱主要
( b) 频谱曲线 图 4 列车 轨道系统作用于隧道结构的列车动荷载 Fig . 4 Loads o f v ehicle track system onto tunnel structure
2 17 2 010
326 5 0 29 278 8 480 3 135 9
3 227 2 150 1 077 9 0 27 366 2 782 8 424 2
表 3 结构材料参数
T ab. 3 M aterial properties of st ructures
结构材料
直径线盾构衬砌 C50 直径线道床 C40 直径线路基 C25 2 号线衬砌 C30 2 号线道床 C30 古建筑基础
JIA Yingx uan1, G UO Meng2, L I U Weining1, ZH A N G X inj in1, LI U Weif eng1
( 1. School of Civil Eng ineering, Beijing Jiaotong U niversity, Beijing 100044, China; 2. China Road and Br idg e Corpor atio n, Beijing 100011, China)
2 计算模型
采用有限元软件 ANSYS 中的动力有限元模块
T ab. 2 M aterial properties of soil layers
地层 d / m
/ ( kg/ m3)
E/ M Pa
Cs/
C p/
G/
( m/ s) ( m/ s) M Pa
1 6 1 850
131 2 0 34 173 3 328 6 48 8
门站交叉穿越. 直径线线路中心两侧 40 m 范围内有 北京市重点保护文物北京明城墙遗址( - 明城 墙) 、京奉铁路正阳门老车站旧址( - 老车站) 和全 国重点保护文物正阳门和箭楼( !- 正阳门和箭楼) 共 3 处. 直径线运营后与既有地铁的叠加振动可能 会对这些古建筑文物产生不利影响. 因此, 进行列车 荷载下动力影响规律研究及预测评估十分必要.
论, 计算得到作用在隧道结构上的列车动荷载, 并作为激励作用于动力有限元模型上, 通过数值模
拟计算, 预测评估直径线与既有线列车荷载对周边古建筑文物的振动响应. 结果表明, 列车振动引
起古建筑结构的动力响应随水平距离和竖向距离改变呈规律变化, 地下结构以竖直方向动力响应
为主, 建筑物超过一定高度后, 地上结构以水平方向动力响应为主, 且地上结构的动力响应高于地
第1期
贾颖绚等: 列车振动荷载对古建筑的动力影响
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境问题变得尤为显著. 目前, 国外 关于 振动 对古 建筑 影响 的 研究 较
少[ 1- 2] , 国内主要是针对古建筑的结构特征和力学 性能进行的研究[ 3- 7] , 由列车荷载引起的对古建筑 振动影响的研究尚缺乏完善资料.