交通荷载作用下古土城墙振动效应研究

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交通振动属于微幅振动,会持续对建筑结构产生长久的影响,邻近道路的建筑物在长期交通振动的影响下,易产生墙体开裂、裂缝发展及不均匀沉降等现象。尤其对于邻近道路的古建筑结构而言,由于结构材料特殊、历史悠久且文化内涵丰富,因此其在交通振动影响下的安全性备受关注。本文以甘肃省嘉峪关地区某古土城墙为依托,针对其在邻近道路上交通振动影响下的动力特性问题,采用理论分析、现场实测与数值模拟相结合的方法展开研究,分析了交通振动的理论模型、振动波的传播形式以及振动动力放大机制;测试了不同工况下重车运行时古土城墙的动力响应情况;建立了道路-地基土-古土城墙三维数值模型,探究不同工况下古土城墙的动力响应规律。主要研究内容及结论如下:(1)以车辆振动理论模型为基础,分析了道路车辆对路面作用的荷载形式以及交通振动波的波传理论、波形组成与其在介质中的传播特性,探讨了古土城墙在竖直方向上的振动放大响应机制。(2)进行了现场车致振动动力响应试验。引入标准载重车,采用振动测试仪对车辆运行时的动力特征进行监测,进行了不同工况下振动信号的时域和频域分析,以振动速度作为评价量,得到道路交通振动下城墙各监测点在不同方向的振动信号及衰减规律。结果表明,城墙振动主要频率范围在5~25Hz,振动在竖直方向上会出现放大效应,振动放大主要受车辆载重和行驶速度的影响。(3)模拟了古土城墙振动响应情况。通过建立道路-地基土-古土城墙三维有限元模型,对古土城墙实体模型在车致振动下的动力响应情况进行数值模拟,得到不同工况下的城墙水平和竖直方向上的动力响应规律。研究发现不同车辆载重和行驶速度引起城墙振动响应及衰减规律不同,随着车辆载重以及行驶速度的增加,质点动力响应和PPV放大系数逐渐增大。(4)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。
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