地铁上盖物业减振模型试验与数值模拟研究

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近年来,随着地铁上盖物业的兴起和发展,我国的各大城市,包括北京、上海、深圳、杭州等进行了地铁上盖物业的尝试和开发。但是,由于地铁上盖物业的基础直接布置在振源之上,致使其振动敏感性比地铁沿线建筑更强。尽管地铁列车引起的振动一般都低于结构的破坏振级,不会造成像地震那样的直接破坏,但它能引起结构及室内设施的局部振动,产生二次结构噪声,使人明显感觉不适,造成失眠、烦躁等困扰。为了研究振动在上部结构中的传播规律和影响因素,本文设计了一套结构振动试验模型,并在实验室进行了加载和测试分析,以探讨合理的设计参数和减振手段。在此基础上,进行了地铁上盖物业振动响应及减振效果分析。本文完成的主要研究工作及结论如下:(1)首先介绍了地铁运行相关的理论,包括列车振动产生的机理和来源、振动的特点以及弹性波的波动方程和衰减规律。介绍了建筑结构的阻抗概念以及各部位的阻抗表达式,给出了基于能量法推导的四边简支板和固支板的第一频率,为模型试验及减振分析提供了理论依据。(2)进行了地铁上盖物业模型的振动响应试验,获得了6组振动频率、54种结构参数下的结构振动响应,发现在外部激励为30Hz的时候,结构的振动响应最大。当增大板厚以及增大柱截面面积后,结构的振动均有所减小,其中增大板厚的减振效果更加明显。因此,通过合理地选择结构几何参数和控制结构自振频率可以减小振动响应。基于振动响应试验进行了减振试验,加上减振垫后各层测点在不同频率激励下的加速度峰值均有减小,其中在30Hz激励下的振动响应降幅最显著,总体减振效果良好。(3)对模型试验进行了有限元建模,基于此进行了模型试验的仿真,并与试验数据进行了对比,两者总体吻合较好。最后分析了试验和模拟产生差异的原因,包括试验的板本身的翘曲、试验的板和框架搭接时产生的空隙等。在此基础上,进行了六层、八层结构的仿真模拟,进一步分析振动响应随楼层变化的规律。(4)介绍了结构整体减振的原理以及在SAP2000中竖向减振支座的模拟,建立了八层框架结构。利用实测的列车振动加速度作为输入激励,分析了在地铁振动作用下的加速度响应规律,探讨了结构参数改变对于振动响应的影响。在此基础上验证了局部和整体减振措施。
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