【摘 要】
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目前,我国各大城市大力发展地铁上盖物业,用以缓解城市用地紧张以及交通堵塞等问题。但由于地铁列车轨道不平顺以及车轮损耗不均等原因,导致列车运行产生的振动通过地铁车站传播至周围土体以及地表建筑中。而地铁车站上盖物业由于其结构形式的特殊性,列车振动会经过车站结构直接传递至建筑物中,由于缺少相应振动控制措施,势必影响振动敏感人群的生活、工作,导致精密设备精度下降。因此,有必要研究地铁列车振动对地铁车站上盖
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目前,我国各大城市大力发展地铁上盖物业,用以缓解城市用地紧张以及交通堵塞等问题。但由于地铁列车轨道不平顺以及车轮损耗不均等原因,导致列车运行产生的振动通过地铁车站传播至周围土体以及地表建筑中。而地铁车站上盖物业由于其结构形式的特殊性,列车振动会经过车站结构直接传递至建筑物中,由于缺少相应振动控制措施,势必影响振动敏感人群的生活、工作,导致精密设备精度下降。因此,有必要研究地铁列车振动对地铁车站上盖物业的影响。本文以广州佛山金融高新地铁车站工程作为研究,综合运用模型试验、现场实测以及数值仿真等方法,深入研究地铁车站上盖物业软结合形式下的动力响应特性,主要研究成果及结论如下:(1)通过调研国内外上盖物业工程案例,划分地铁车站上盖物业结合方式为软、硬结合方式。其中,“软结合”形式定义为地铁车站上盖物业之间不直接相连,二者之间存在着岩土体;”硬结合“形式定义为地铁车站顶板作为上盖物业首层楼面或者二者之间通过柱网连接。(2)通过对广州地铁车站轨行区有砟轨道以及无砟轨道两种轨道形式振动加速度进行监测,列车运行造成的振动频响范围主要为30~250Hz,峰值频率为70Hz,列车出站加速造成的振动要大于列车进站减速的情况,且地铁空车过站时所造成的振动与列车出站加速度造成振动强度相同。(3)通过构建相似试验研究列车振动对地铁车站上盖物业软结合形式不同夹层厚度的动力响应,在0~200Hz扫频荷载作用下,上盖物业频响范围为60~200Hz,振动加速度在横向上以振源位置向着远端不断衰减,竖向上上盖物业各层振动加速度呈现先增加后减小的趋势,即在上盖物业中间楼层位置存在振动放大区。软结合夹层厚度越厚,对于上盖物业振动加速度和傅里叶频谱振幅削减作用也越强,尤其对100Hz频率以上的振幅削弱明显,可见软结合对于单点激振下的振动强度以及振动高频成分有明显削弱。(4)基于车轨耦合模型,考虑轨道不平顺性模拟出列车不同时速下的扣件力。利用有限差分数值仿真方法建立与相似试验相同的数值仿真模型,施加相同边界与荷载,计算了上盖物业加速度响应,并与试验结果进行相互校核,证明了边界条件以及阻尼的正确性。(5)在已验证数值仿真方法的基础上,依托金融高新地铁站工程,建立地铁-软结合夹层-上盖物业的三维有限差分模型,选取振动加速度、傅里叶频谱以及1/3倍频程振级作为动力响应分析指标,并与现场实测地铁站厅层振动加速度进行数据对比,验证该数值仿真模型的正确性,分别研究了列车时速、软结合夹层厚度和刚度变化下的上盖物业动力响应特性,具体如下:1)列车运行速度越快,对于上盖物业各层振动加速度、傅里叶频谱振幅以及振动加速度级均有增大,且当列车时速达到80km/h时,上盖物业加速度级超过振级规范限值。上盖物业频响范围随着车速增大呈现非单调规律,当车速为40、80km/h时,上盖物业频响范围为40~100Hz,而当车速为60km/h时频响范围为40~140Hz。2)软结合夹层刚度越小,对于上盖物业振动加速度、傅里叶频谱振幅以及振动加速度级均有减弱,说明软土夹层对于上盖物业振动具有良好减振作用,但对于列车振动穿越软结合介质来到上盖物业首层的衰减率而言,是以刚度大的夹层介质衰减率高。当夹层为软土时,振动频响范围为40~100Hz,岩体夹层时,上盖物业频响范围为40~180Hz,可见软土对振动高频有抑制作用;3)软结合土体厚度对于振动加速度的影响作用并非线性,随着夹层厚度从0.5m增加到2m,上盖物业振动加速度峰值是呈现先减小后增大的规律,对于列车振动加速度以及频谱幅值削弱效果最好的夹层厚度为1.5m。随着土体厚度的增加,上盖物业振动频响范围由40~180Hz减小至20~60Hz,可见列车振动频率衰减主要在土体夹层中完成,土体厚度增加对于振动高频有着明显削弱。
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