随机交通荷载激励下城市路面环境振动响应及控制研究

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近年来,我国城市规模日益扩大,城市交通网迅速发展。随即引发的地面交通振动污染逐年提升,导致临近环境及建筑物过量振动,影响人们学习工作与生活,干扰精密仪器正常工作。因此,开展随机交通荷载激励下城市路面环境振动响应及控制的相关研究具有迫切的现实意义。主要研究内容如下:本文以福州市某Ⅱ类场地路段为研究对象,开展车流统计及环境振动测试,结合单种车型和混合车流振动测试结果,模拟路面环境振动,利用模拟振源与实测振源,针对环境振动控制展开分析。(1)针对实际交通情况,将通过试验路段的车型分为五类,进行车流量统计调查,将样本数据离散化,明确调查路段车型的分布规律,根据分布规律模拟随机车流谱,并对模拟有效性进行讨论,为后续开展考虑随机交通车流的环境振动加速度时程模拟提供理论基础。(2)以车流量统计数据为基础,采集五类车型的不同车速下的实际振动数据,参考人工模拟地震波的方法,以实测功率谱密度为目标功率谱,对不同车速下的单种车型振动数据进行模拟,结合随机车流的分布规律,使用数值计算方法将模拟的单种车型振动叠加,模拟随机车辆荷载的环境振动,将模拟结果与实测数据比较分析,研判模拟效果。对福州市不同路段的车流混合度开展调查,选择有特征性的车流占比进行混合车流环境振动模拟,探讨环境振动的不利情况,为振动控制研究提供振源选择方案。(3)开展波速试验,获得土体的弹性模量参数,建立三维有限元模型,结合实测振动数据的频谱特性及衰减规律,对数值计算模型进行验证改进。建立土体-屏障有限元模型,以模拟的不利环境振动为激励,针对填充屏障的填充材料、布置位置及几何参数开展研究,讨论各种参数对环境振动控制效果的影响。提出复合填充沟屏障设计,对比五种屏障优劣,结果表明:复合填充沟屏障在1~12.5Hz频段的隔振效果明显优于刚性填充屏障和柔性填充屏障,在12.5~40Hz频段略低于柔性填充屏障,即针对路面交通激励的环境振动,采用复合填充沟屏障隔振效果最佳。
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