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摘 要：采用MIDAS/GEN有限元软件建立实测建筑结构的有限元模型，将场地实测地面振动加速度作为激励输入模型，计算结构振动加速度响应。将有限元模拟计算得到的振动幅值与时频响应与测试数据进行对比分析，以此来验证该简化方法的可行性及建立有限元模型的正确性。
关键词：城市轨道交通；现场测试；有限元分析
随着人们生活质量的不断提高以及生活压力的增加，城市轨道交通诱发环境振动问题开始逐渐引起大众的广泛关注。国际上已经把振动列为七大环境公害之一，专家学者们已经开始研究振动的特点、振动产生的原因、振动传播的规律以及振动的控制及措施等。
1、建立结构三维动力分析模型
MIDAS软件于 2002 年进入我国市场经历了数十年的发展，现在使用的 MIDAS/GEN 已经完全中文化，在鸟巢、水立方、上海世博会的多个场馆、广州西塔、迪拜哈利法塔等多个项目的应用中，取得了令人满意的效果，大量实践证明了该软件完全可以满足工程设计和分析精度的要求。
我国地铁交通系统是“先有建筑，再有地铁”的发展模式，因此很多情况下无法直接量测地铁环境中建筑物基础的振动状况。现场实测具有直观、简便的优点，受到了我国研究人员的青睐，数值模拟方面多采用二维建模来分析。建立刚性地基建筑物有限元模型，将现场实际测试地面振动加速度的结果经过滤波处理和趋势项以后作为激励输入该模型，分析计算建筑结构振动响应情况。
地铁运行产生的振动和噪音主要是通过地基和空气传递到建筑物上诱发其振动，威胁到建筑的疲劳损伤及安全性能。广佛地铁线由于采用了浮置板式轨道减振措施，能够有效地减少振动影响的范围，因此测量的范围取100m即可。具体测试的过程、采用的仪器以及数据分析详见文献[1]。
本文分析研究的建筑物位于廣佛地铁普君北路站与朝安站之间，距离地铁线路的水平距离20m。测试区间内自由场地较空旷，且为平坦坚实的水泥路面方便加速度传感器的安装固定。该结构为外廊式的教学楼，6层钢筋混凝土框架结构，混凝土强度等级为C30。该教学楼总高度20.7m，底层4.2m，2-6层为3.3m；柱网布置为6.0m×6.0m与7.2m×6.0m为主。楼板采用100mm厚现浇钢筋混凝土板。利用MIDAS/GEN有限元软件建模计算时，梁、柱构件使用了梁单元，并将板单元在柱的位置进行了划分，共产生35440个节点，41616个单元，分析时选择时间步长为5.000ms，可以满足计算稳定性和精度要求。
2、输入荷载得到各楼层加速度时程曲线
本文采用整体输入荷载的方式，即是把实测得到的地铁隧道正上方地面竖向振动加速度时程波以地震波的形式作用于所研究的建筑物有限元模型中，历时8秒钟，得到各楼层的加速度震级如图1所示。
从上图可以得出：在统计意义上实测加速度曲线和模拟加速度曲线很相近，变化规律是完全一致的，且随着楼层数的增加，振动加强。总的来说，建模时程分析的结果比实际测得结果略大，这是由于时程分析的结果比实际的结构效应偏于安全。该研究方法结合现场实测研究和数值模拟研究的优点，思路新颖独特，简单易于操作，但计算结果的准确性仅通过实测数据进行验证，缺乏说服力，不具备通用性，有待于进一步深入研究和探索。
3、不同楼层单元节点的加速度振级分析比较
对应实测建筑结构框架柱顶点处楼板单元节点，1-6层x、y、z三个方向加速度振级如图2；柱顶中心处单元节点1-6层x、y、z三个方向加速度如图3。可以看出，无论是柱顶节点还是楼板中心处节点，建筑物内Z振级均大于水平方向（X、Y方向），相差10-20dB左右，并且水平方向上的振级均在我国《城市区域环境振动标准》[2]（GB10070-88）中规定范围以内，对人们的日常的生活、工作和学习不会造成很大的影响，因此，研究建筑物内振动响应时只需考虑竖直方向的影响，也表明振动标准只考虑垂直方向振动是符合实际情况的。随着楼层数的增加振动强度也逐渐增强。与上部楼层振动相比， 结构一层较为微弱。对比图2和图3可以得出：柱顶节点的竖向振动要大于楼板中心节点的，在柱子附近的节点的振动强度要剧烈，这与聂晗[3]提出的在框架结构中，地铁运行诱发的振动主要沿柱子向上部结构传播的结论相吻合。
3、结论
（1）将现场实测数据作为地铁运行诱发的动荷载输入建筑物有限元模型，得到建筑物的加速度时程曲线。该方法操作方便，简单易行，但实测数据的外界干扰因素较多，结果的可靠性值得思考。
（2）通过对比水平和竖直方向的振动响应，可以得出水平方向的振动远小于竖直方向的。故研究建筑物内振动响应只需考虑竖直方向的影响，我国《城市区域环境振动标准》只考虑垂直方向振动是符合实际情况的。
（3）框架结构中地铁运行诱发建筑物的振动主要是通过柱子向上传递的。
参考文献
[1]赵方鸽.地铁运行诱发振动的现场实测及建筑物数值模拟分析[D].广州：广东工业大学，2014.
[2]城市区域环境振动标准[ M] .北京：中国建筑工业出版社，1988.
[3]聂晗，闫维明，高小旺等.地铁交通诱发邻近建筑物振动的实测与分析[J].铁道科学与工程学报，2008，5（1）：51-58.
关键词：城市轨道交通；现场测试；有限元分析
随着人们生活质量的不断提高以及生活压力的增加，城市轨道交通诱发环境振动问题开始逐渐引起大众的广泛关注。国际上已经把振动列为七大环境公害之一，专家学者们已经开始研究振动的特点、振动产生的原因、振动传播的规律以及振动的控制及措施等。
1、建立结构三维动力分析模型
MIDAS软件于 2002 年进入我国市场经历了数十年的发展，现在使用的 MIDAS/GEN 已经完全中文化，在鸟巢、水立方、上海世博会的多个场馆、广州西塔、迪拜哈利法塔等多个项目的应用中，取得了令人满意的效果，大量实践证明了该软件完全可以满足工程设计和分析精度的要求。
我国地铁交通系统是“先有建筑，再有地铁”的发展模式，因此很多情况下无法直接量测地铁环境中建筑物基础的振动状况。现场实测具有直观、简便的优点，受到了我国研究人员的青睐，数值模拟方面多采用二维建模来分析。建立刚性地基建筑物有限元模型，将现场实际测试地面振动加速度的结果经过滤波处理和趋势项以后作为激励输入该模型，分析计算建筑结构振动响应情况。
地铁运行产生的振动和噪音主要是通过地基和空气传递到建筑物上诱发其振动，威胁到建筑的疲劳损伤及安全性能。广佛地铁线由于采用了浮置板式轨道减振措施，能够有效地减少振动影响的范围，因此测量的范围取100m即可。具体测试的过程、采用的仪器以及数据分析详见文献[1]。
本文分析研究的建筑物位于廣佛地铁普君北路站与朝安站之间，距离地铁线路的水平距离20m。测试区间内自由场地较空旷，且为平坦坚实的水泥路面方便加速度传感器的安装固定。该结构为外廊式的教学楼，6层钢筋混凝土框架结构，混凝土强度等级为C30。该教学楼总高度20.7m，底层4.2m，2-6层为3.3m；柱网布置为6.0m×6.0m与7.2m×6.0m为主。楼板采用100mm厚现浇钢筋混凝土板。利用MIDAS/GEN有限元软件建模计算时，梁、柱构件使用了梁单元，并将板单元在柱的位置进行了划分，共产生35440个节点，41616个单元，分析时选择时间步长为5.000ms，可以满足计算稳定性和精度要求。
2、输入荷载得到各楼层加速度时程曲线
本文采用整体输入荷载的方式，即是把实测得到的地铁隧道正上方地面竖向振动加速度时程波以地震波的形式作用于所研究的建筑物有限元模型中，历时8秒钟，得到各楼层的加速度震级如图1所示。
从上图可以得出：在统计意义上实测加速度曲线和模拟加速度曲线很相近，变化规律是完全一致的，且随着楼层数的增加，振动加强。总的来说，建模时程分析的结果比实际测得结果略大，这是由于时程分析的结果比实际的结构效应偏于安全。该研究方法结合现场实测研究和数值模拟研究的优点，思路新颖独特，简单易于操作，但计算结果的准确性仅通过实测数据进行验证，缺乏说服力，不具备通用性，有待于进一步深入研究和探索。
3、不同楼层单元节点的加速度振级分析比较
对应实测建筑结构框架柱顶点处楼板单元节点，1-6层x、y、z三个方向加速度振级如图2；柱顶中心处单元节点1-6层x、y、z三个方向加速度如图3。可以看出，无论是柱顶节点还是楼板中心处节点，建筑物内Z振级均大于水平方向（X、Y方向），相差10-20dB左右，并且水平方向上的振级均在我国《城市区域环境振动标准》[2]（GB10070-88）中规定范围以内，对人们的日常的生活、工作和学习不会造成很大的影响，因此，研究建筑物内振动响应时只需考虑竖直方向的影响，也表明振动标准只考虑垂直方向振动是符合实际情况的。随着楼层数的增加振动强度也逐渐增强。与上部楼层振动相比， 结构一层较为微弱。对比图2和图3可以得出：柱顶节点的竖向振动要大于楼板中心节点的，在柱子附近的节点的振动强度要剧烈，这与聂晗[3]提出的在框架结构中，地铁运行诱发的振动主要沿柱子向上部结构传播的结论相吻合。
3、结论
（1）将现场实测数据作为地铁运行诱发的动荷载输入建筑物有限元模型，得到建筑物的加速度时程曲线。该方法操作方便，简单易行，但实测数据的外界干扰因素较多，结果的可靠性值得思考。
（2）通过对比水平和竖直方向的振动响应，可以得出水平方向的振动远小于竖直方向的。故研究建筑物内振动响应只需考虑竖直方向的影响，我国《城市区域环境振动标准》只考虑垂直方向振动是符合实际情况的。
（3）框架结构中地铁运行诱发建筑物的振动主要是通过柱子向上传递的。
参考文献
[1]赵方鸽.地铁运行诱发振动的现场实测及建筑物数值模拟分析[D].广州：广东工业大学，2014.
[2]城市区域环境振动标准[ M] .北京：中国建筑工业出版社，1988.
[3]聂晗，闫维明，高小旺等.地铁交通诱发邻近建筑物振动的实测与分析[J].铁道科学与工程学报，2008，5（1）：51-58.