地铁列车运行引起邻近建筑物振动响应及隔振措施研究

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地铁建设的快速发展,运营里程在不断增加,地铁线路覆盖范围越来越广泛的同时也带来了诸多问题,其中比较显著的是列车运行引起的振动对周围建筑物的影响。由于土地资源的紧缺,建筑物邻近地铁线路修建的情况无法避免;因此,需要全方位考虑地铁列车引起的振动对周围环境的影响,掌握振动在土体和建筑物中的传播规律,设置合理可行的隔振和减振措施,对于实现城市的高质量发展具有重要的现实意义。本文采取数值分析方法,基于有限元和轮轨动力学相关理论,研究了地铁运行产生的振动在车辆段和运营段邻近建筑物中的传播规律,并进行参数分析;提出最佳的空沟隔振尺寸,创新性地将废弃橡胶轮胎作为填充物,分析其在不同填充形式下的隔振效果。本文的主要研究内容和结论如下:(1)分别从振动产生的机理、振动在土体和建筑物中的传播规律以及振动控制措施三个方面,总结现阶段有关地铁列车运行引起邻近建筑物振动响应的研究成果,并阐明本文所用到的振动评价指标。(2)以地铁B型车为研究对象,建立车辆-轨道模型计算求得竖向轮轨力,将其作为激励用于后续模型的加载。充分考虑建立轨道-土体-建筑物模型(车辆段)和隧道-土体-建筑物模型(运营段)相关参数的选取,与文献对比验证模型的正确性。(3)研究典型条件下振动在车辆段邻近建筑物中的传播规律,对比分析建筑物在不同基础形式、列车运行速度和建筑物与轨道之间的距离参数影响下的振动响应规律。结果表明:桩基础建筑物的水平、竖向加速度值均小于筏板基础;楼板的竖向和水平加速度的变化规律为:随着列车速度的增大而逐渐增大,随着距离的增大而逐渐减小。(4)基于有限元模型研究不同尺寸下空沟隔振屏障的隔振效果,在此基础上研究橡胶轮胎在不同填充形式下的隔振效果。结论如下:隔振沟深度是影响隔振效果的主要因素,可根据振源距离和频段的不同选择合适的隔振措施。距离较近时,在低于25 Hz的频段采用轮胎碎屑填充屏障能够取得理想的隔振效果,在25~40 Hz频段内采用轮胎填充屏障效果最好,在40 Hz频段以上时采用空沟隔振效果最佳;距离较远时,在整个频段内采用轮胎碎屑填充屏障效果最好。轮胎土体填充屏障出现振动放大的趋势最明显,这是因为轮胎为圆环形,当胎内充分填充土体时会产生“环箍效应”,导致周围土层刚度增大。
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