【摘 要】
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随着我国经济持续增长和城市化进程进一步发展,城市轨道交通建设与土地资源短缺之间的矛盾日益凸显,利用地铁车辆段上部空间进行物业开发已成为各大城市地铁系统建设趋势。但盖下车辆段列车运行容易引发上盖建筑结构振动及二次辐射噪声,降低舒适度。现有车辆段上盖物业舒适度影响研究主要针对上盖建筑单体开展,在振源、传播路径、受振体各子系统的动力特性及其相互作用方面尚未形成清晰统一的认识,对车辆段列车运行引起的环境振
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随着我国经济持续增长和城市化进程进一步发展,城市轨道交通建设与土地资源短缺之间的矛盾日益凸显,利用地铁车辆段上部空间进行物业开发已成为各大城市地铁系统建设趋势。但盖下车辆段列车运行容易引发上盖建筑结构振动及二次辐射噪声,降低舒适度。现有车辆段上盖物业舒适度影响研究主要针对上盖建筑单体开展,在振源、传播路径、受振体各子系统的动力特性及其相互作用方面尚未形成清晰统一的认识,对车辆段列车运行引起的环境振动输入下土-桩基-上部结构动力相互作用机理、上盖转换结构对车致振动传播规律的影响缺乏足够的研究。车致振动预测评估不当容易导致车辆段减振降噪措施设计不力,甚至会引起较严重的环境振动噪声污染问题。为了充分了解带上盖建筑车辆段车致振动传播规律,进一步完善上盖建筑车致振动预测方法,科学指导减隔振技术措施设计,本文以珠江三角洲典型地铁车辆段为背景,通过现场试验和理论分析,对考虑土-桩-上部结构动力耦合的上盖建筑车致振动预测方法开展了系统研究。本论文主要研究工作和成果如下:（1）通过现场试验研究,查明了地铁车辆段列车运行引起的环境振动输入下,土到结构振动传递函数总体上随频率增加而降低,但并非单调减小,变化规律与地基土、桩基、上部结构动力特性密切相关。8~80 Hz频率范围内距轨道中心线15 m的群桩基础上部剪力墙基底耦合损失为（-20-5 d B）,单桩基础上部平台结构柱基底耦合损失为（-12+2d B）,桩基刚度越大、上部结构体量越大,车致振动从土传播到上盖结构过程中的能量损失越大;由于具有较大的抗弯刚度,上盖转换结构在一定程度上有利于阻隔车致振动竖向传播;当咽喉区列车在上盖建筑水平投影区内不同线路运行时,由于车致振动经不同平台柱传播到上盖转换层及建筑具有多条传播路径,列车运行线路具体位置对上盖建筑振动影响不大;车致振动在上盖框架建筑内沿结构柱竖向传播规律与楼盖系统阻抗有关,楼盖系统阻抗越大,车致振动沿结构柱随楼层增加而衰减规律越明显。（2）基于激励统计独立性假设和频率-波数域薄层刚度法构建了车辆段地基土车致振动自由场预测模型,可高效预测不同编组列车运行引起的地基土振动响应,为土-桩基-上部结构动力相互作用预测模型提供了必要的振动输入。结果表明:在相同地表激励下,表层土剪切波速较小时地表高频振动分量更大;在一定频率范围内,当基岩埋深大于最大剪切波长时,基岩特性对地表振动响应的影响可以忽略不计;当基岩埋深小于最短剪切波长时,基岩对地表振动响应的影响主要表现在增加上覆土层整体刚度,减小地表振动响应。（3）建立了土-桩基动力相互作用预测模型,研究了桩土刚度比、桩长、桩径以及嵌岩段等因素对土到桩基振动传播规律的影响:桩基与地基土之间刚度差异越大,环境振动下桩基运动效应越显著;地表荷载激励下,当桩长超过瑞利波影响深度之后,继续增加桩长对减小自由桩顶振动响应无明显助益;增大桩径并不能在全频段减小环境振动下自由桩顶振动响应。（4）以阻抗原理为理论基础,提出了桩-上部结构动力特性耦合计算公式,构建了桩-上部结构动力相互作用预测解析模型,研究了土-桩基-上部结构动力相互作用中的惯性效应:上部结构会对自由桩顶竖向振动产生抑制作用,而抑制作用的显著程度取决于下部基础系统桩顶与上部结构系统基底阻抗相对大小,当后者大于前者时,上部结构动力特性对自由桩顶竖向振动抑制作用明显,桩顶振动幅值会大为降低。（5）通过频域内杆、梁、板单元阻抗表达式推导,建立了车辆段上盖带转换结构框架建筑的柱节点车致振动预测模型,研究了车致振动以轴向波形式在平台柱中的竖向传播及以弯曲波形式在转换梁中的水平传播规律:平台柱对上盖建筑车致振动贡献大小主要与二者之间振动传播距离和平台柱轴向阻抗有关,距离相距越远、轴向阻抗越小,能量贡献越小,预测分析中可以忽略上盖建筑平面投影区之外平台柱输入贡献。（6）基于波动理论,构建了考虑梁板组合效应及弯曲振动耦合作用的梁端竖向运动阻抗表达式,提出了车辆段上盖框架建筑楼板平均振动响应预测方法,对上盖框架建筑车致振动传播规律开展了研究:车致振动以轴向波的形式沿结构柱向上传播时,部分振动能量经楼盖系统耗散,增加楼盖系统阻抗有利于减少车致振动向高层的传播。该预测模型方法计算时间短,预测精度较高,建模工作量小,便于工程实际应用,适用于地铁车辆段上盖建筑施工前的振动预测分析以及车致振动对人体舒适度的影响评价,为车辆段上盖物业规划布局及减隔振技术措施设计提供科学指导。
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