交通振动对既有砌体结构的影响分析及控制方法

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在我国逐步步入社会主义现代化的过程中,交通的发展也愈发繁荣,交通车辆数量与日俱增,尤其是在人口密集区,不仅建筑群密集,同时车流量大,建筑受到临近的交通振动影响更加显著。交通荷载可能使得结构某些部位长期处于振动状态下,结构承载力下降,出现疲劳损伤。其中砌体结构作为我国传统的建筑结构之一,其应用十分广泛,在我国既有建筑中所占比例超过半数,由于砌体结构整体性较差,受交通振动作用下易发生疲劳损伤,因此本文主要采用数值模拟方式对其进行振动分析,以得出振动控制建议。本文论述了交通振动下结构动力学模型的建立方法,对砌体结构在交通振动作用下的动力响应进行了相关分析,主要工作及成果如下:(1)砌体结构振动疲劳分析流程的建立。本文整理了既有砌体结构疲劳分析方法、疲劳控制标准,形成砌体结构疲劳分析通用流程。同时从振动的“产生-传播-响应”三个阶段分析振动影响因素,为后续影响参数分析奠定基础。(2)砌体结构动力学模型的建立。选用车辆荷载模型,确定结构动力响应建模分析方法。以南京龙脖子路段城墙作为算例进行建模分析,提取其在车辆荷载作用下的振速响应对比实测数据,验证了建模方法的合理性。(3)振动相关参数影响规律分析。针对车辆行驶速度、车辆自重、车辆行驶路线、振源距离、土体性质、砌体结构层数的不同分别建模并提取振动速度、振动应力对比分析。结果表明,车速增加引起的结构振动响应增加是非线性的;车辆自重与振动速度、应力的变化是线性正相关的;双线同向行驶车辆造成振动比单线及双线对向行驶造成振动大;振源距离越远,土体弹性模量越大,结构振速、振动应力越小;而砌体结构层数的增加会造成结构振动速度减小,但对结构应力而言并无明显变化规律。(4)根据砌体结构疲劳寿命曲线,分析了砌体结构在重力及交通动荷载作用下的应力情况,根据疲劳控制标准给出了既有砌体结构的振动控制建议,即结构在静载作用下主压应力超过0.8MPa时,结构底部边界处与地面接触部位振动速度不能超过1mm/s。(5)实例分析。以南京挹江门城墙作为工程实例,对其进行建模分析,研究了车辆下穿城墙时的振动响应变化,依照振动控制建议评估其疲劳寿命,得出其不会发生疲劳损伤。
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