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快速发展的城市高架路交通在有效地缓解了人们出行压力的同时,其诱发的环境振动问题也日趋严重。环境振动不仅影响人们的日常工作和生活,而且对建筑物的安全等方面也造成一定的影响。本研究对国内典型高架路交通及其沿线建筑物环境振动进行了大量实现场测,并系统地进行了分析;在此基础上,结合国内外有关研究成果,从高架路交通的振源问题入手,系统地研究了车辆-桥梁耦合系统的振动特点、传播与衰减规律以及沿线建筑物的振动反应规律;针对建筑物的环境振动问题,发明了相应的竖向减隔振装置,并对之进行了试验研究、理论分析和数值模拟。
1.高架路交通振动的实测研究。对北京、广州、深圳等城市的多处典型路段及建筑物的环境振动进行了大量的现场实测及其传播和衰减规律分析,掌握了高架路交通振动的主要振源特点,振动传播特性及建筑物的反应特征;在分析实测数据的基础上,提出了阶差振动是影响高架路交通振动的重要因素和复杂高架交通是影响建筑物振动的主要因素的观点;结合现场实测,提出了数据处理和现场实测中如何去除本底振动和判断是否需要考虑本底振动的方法。
2.路面不平度的实测和数值模拟。对北京城区主要环路进行了大量现场实测和分析,提出了一种通过国际平整度指数(IRI)推导路面不平度的方法,为车一桥动力学研究提供了获得理想路面不平度的又一途径,并得到了市内主要高架路段的路面等级为A级的评定结果。
3.车-桥耦合系统的竖向振动研究。建立了2轴、3轴和4轴车的1/2车模型,并针对两端弹性支撑(考虑支座和桥墩及地基土的柔性)简支梁进行了竖向耦合振动分析;对二种典型的阶差(伸缩缝、减速振动标志)振动的研究表明,对于A级路面,阶差对环境振动的影响大于路面不平度的影响。
4.环境振动传播过程中地表振动异常区的研究。通过大量的数值模拟,探讨了不同地表及地下构造对振动传播的影响,基本上明确了城市区域内存在环境振动异常区,即在该区域内会出现振动局部放大的机理,并得到了随着地面硬化程度增大地表振动趋于增强和扩展基础比桩基础引起的地面振动强的结论。
5.建筑物环境振动的数值模拟。分析了不同层数的框架和短肢剪力墙结构振动过程中结构特性与环境振动频谱特征的内在联系,结果表明,结构的竖向振动基本上是以其竖向基频成分为主,而水平振动则需要考虑结构的前几阶频率与环境振动卓越频率之间的关系。
6.新型竖向减隔振装置研究及其工程应用模拟。根据建筑物环境振动以竖向振动为主的特点,发明了两种不同构造的碟簧—铅剪切阻尼器竖向减隔振装置。这两种装置构造简单,尺寸较小且刚度和阻尼都易于调整。数值模拟和试验研究表明,两种装置的滞回曲线形状饱满,耗能性能良好。将其与水平隔震支座组合形成三维隔振(震)支座,探讨了竖向减隔振装置在环境振动和地震动作用下的隔振(震)效果。研究表明,竖向减隔振支座对竖向环境振动有很好的隔振效果,对地震动也有一定的隔震效果。
7.颗粒阻尼技术的初步探索。提出了建筑物应用颗粒阻尼的减振控制方案(包括颗粒阻尼材料的选择及其在建筑物内可能的安装位置的确定等),并通过振动台试验,对颗粒阻尼技术的振动控制效果和机理进行了初步地探索。研究结果表明,颗粒阻尼技术对建筑物的地震反应具有良好的抑制效果,但对环境振动反应的减振效果不明显。