地铁隧道不同轨道结构形式对建筑物减振的仿真分析

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1、铁道建筑1l0RailwayEngineering文章编号：1003—1995(2011)01—0110—04地铁隧道不同轨道结构形式对建筑物减振的仿真分析马莉，宣言，马筠，孙成龙(1．中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心，北京100081；2．中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京100081)摘要：建立隧道一土层一某建筑物的二维有限元模型，分别施加整体道床和钢弹簧浮置板道床区段的实测边墙竖向加速度，计算出不同轨道结构形式下建筑物的振动响应。计算结果表明，埋深相同时钢弹簧浮置板道床相对于整体道床可使邻近建筑物竖向振动加速度减小约80％；采用整体道床时邻近建筑的竖向振动加速度随隧道埋

2、深增大迅速减小，而采用钢弹簧浮置板道床时建筑竖向振动加速度随埋深增大减小缓慢。关键词：有限元模型整体道床钢弹簧浮置板道床竖向振动中图分类号：U451．3文献标识码：B目前，国家大力发展城市轨道交通以解决人们出计算采用了如下假定：①地铁隧道线路方向的长行需求，随着城市轨道交通的迅速发展，地铁列车振动度远大于横断面的尺寸，隧道沿线路方向的应变可以对建筑物的影响而引起的减振降噪等问题日益受到人忽略不计，问题简化为平面应变问题；②假定土体为各们的关注。建立隧道一土层一建筑物的二维有限元模向同性弹性体；③土体与建筑物基础界面满足位移协型，计算出不同轨道结构形式下建筑楼层的振动加速调条件，两者之间的连接采

3、用共用节点的方式。度，分析不同轨道结构形式下地铁振动对地表邻近建基于上述假定，应用ABAQUS有限元软件进行仿筑物振动响应的影响。真计算。模型中土体总长度1300nl(隧道中心线右侧长度为800in，左侧长度为500m)，土体厚度110m，1工程概况远大于建筑物横向尺寸。模型采用平面应变单元，单北京地铁4号线规划时，在距拟建地铁隧道中心元最小尺寸为0．5m，网格在隧道附近加密。土层两线274m处有一存放精密仪器的建筑物，该楼为4层端定义为自由边界，基底定义为固定边界。由于虚拟框架结构，精密仪器存放室位于大楼4层。为了达到边界的设置会引起振动波的边界反射，因此将土层边较好的减振效果，需要对比不同

4、埋深时，采用整体道床界处两层单元的阻尼放大避免振动波的反射。和钢弹簧浮置板道床时该楼的振动响应。地质勘测资计算模型中隧道断面尺寸外径取6．0in，内径取料显示，该楼附近土体大致可分为3层，地表至地下25．4m，衬砌混凝土等级为C30。考虑不同埋深的影m为砂质黏土，地下2m至地下5m为粉砂，地表5m响，隧道拱顶距离地面分别为20m、25in、30in和35以下为砂质黏土。ITI，隧道断面网格图如图1所示，整体模型图见图2。取大楼的一榀框架进行仿真计算，柱截面尺寸2模型建立口图1隧道断面网格图图2整体模型图O．5In×0．5m，梁截面尺寸0．35m×0．20ITI；计算时收稿日期：2010—09-

5、15；修回日期：2010．10—20采用的参数见表1，其中材料阻尼采用瑞雷阻尼。作者简介：马莉(198O一)，女，河北满城人，博士研究生。2011年第1期地铁隧道不同轨道结构形式对建筑物减振的仿真分析表1建筑物材料参数竖向振动较为敏感，应避免竖向振动影响仪器的精度，一篙_【×)、因此计算时只考虑楼面的竖向振动加速度。由于当时地铁隧道的轨道结构形式未最终确定，因此仿真计算时在隧道底部及边墙施加已建地铁不同轨道结构形式运营条件下的实测竖向加速度，测试结果见表2。选用以下两种计算工况：①工况1为以实测的整体道床区段边墙竖向加速度数据作为荷载输入；②工况2为以实测的钢弹簧浮置板道床区段边墙竖向加速度数

6、据3计算工况作为荷载输入。图3为实测隧道边墙竖向加速度时程由于该建筑内的精密仪器直接放置在楼面上且对曲线。表2地铁运营条件下的实际测试结果02210lg。。龚-Iot．O2．205l0l52O25468101214时间／s时间／s(a)整体道床结构(b)钢弹簧浮置板道床结构图3实测燧道边墙竖向加速度时程曲线右，采用钢弹簧浮置板道床时各层楼面竖向加速度峰4计算结果值皆在1．3×10。m／s左右。由于同种道床结构形4．1不同道床结构形式下各楼层加速度比较式下各楼层竖向振动水平基本接近，且精密仪器存放隧道埋深为25m时各楼层竖向振动加速度如图于该大楼4层，因此后续计算只取4层楼面的竖向加4所示。在本

7、文所取计算参数条件下，采用整体道床速度进行比较。时各层楼面竖向加速度峰值皆在6．8×10m／s左(a)1层楼面警垒至曩时间／。时间／s【c)3层楼面(d)4层楼面图4大楼各层楼面竖向加速度(隧道埋深25m)112铁道建筑4．2不同埋深条件下楼面竖向加速度比较道床形式下的楼面振动加速度峰值比整体道床形式下图5为不同埋深条件下楼面竖向加速度，分析可减少约80％。整体道床结构形式下楼面竖向振动加知，隧道