地铁已建建筑的隔振研究范文

1数值模拟与分析

1.1工程概况笔者对上海某一受地铁运行振动影响的居民住宅进行基础隔振。该建筑物为5层砖混结构，总高度为2.85=14m，总长14.32m，总宽为12.22m。构造柱截面尺寸为240mm240mm，圈梁尺寸为240mm300mm，过梁的尺寸240mm240mm，预制楼板厚120mm，墙厚240mm。圈梁、楼板、构造柱均采用C30混凝土，弹性模量E=31010Pa，密度=2700kg/m3，泊松比v=0.3。受力筋为HRB400，箍筋为HRB335。墙采用黏土砖，密度=1800kg/m3，泊松比μ=0.15，抗压强度cf=2.67106Pa，弹性模量E=4.72109Pa。用ANSYS软件进行数值模拟，上部结构采用层间剪切模型，以1个楼层为基本单元，把每层的竖向构件合并为1根竖杆，用楼层的等效剪切刚度作为竖杆的层刚度，并将全部恒、活荷载按一定比例组合后就近集中于各层楼盖处作为1个质点，从而形成“串联质点系”振动模型，如图2所示。在模型中用3Dmass21单元来模拟集中于各层楼盖处的质量，3Dmass21单元有6个自由度的点单元，包括X、Y、Z方向的平动和绕X、Y、Z轴的转动，定义单元时根据实际情况确定其只有竖向自由度。竖杆用弹簧单元combine40模拟，并定义其只有水平刚度。碟簧支座竖向刚度模拟采用combine14单元，在2个水平方向采用combine40单元，该单元可以引入线性的强化模型、黏滞阻尼的影响。由于地铁振动对上部结构作用的主要影响是竖向，因此竖向刚度为碟簧计算刚度，忽略2个水平方向的影响，将其刚度设为无限大。建立的支座简化模型如图3所示。

1.2数值模拟结果及分析通过实测，得到地铁运行时对该建筑物楼板的振动加速度，共布置测点8个，其中建筑物内7个，地表1个。笔者选取建筑物1层楼板的测点S1作为研究对象，测点与列车隧道的相对位置如图4所示。实测的加速度值如图5所示，时间间隔为0.05s，持续时间为8s。

1.2.1模态分析通过ANSYS模态计算，分别得到隔振前、后结构的前4阶自振频率，如表1所示。通过表1可知，隔振后的1阶自振频率比隔振前减少77%，2阶自振频率减少了48%，3阶自振频率减少了38%，4阶自振频率减少了16%。结构自振周期由隔振前的0.64s延长为2.8s，说明碟簧隔振支座大大削弱了地铁振动对上部结构的效应。

1.2.2时程分析在地铁振动作用的影响下，上部结构随碟簧隔振支座的移动而产生位移，因此绝对位移会相对增大，但是由于地铁振动对结构的层间位移影响很小，因此笔者对位移的影响不予考虑。笔者通过ANSYS数值模拟得到结构隔振前、后的相对加速度时程曲线，如图6、图7所示。根据美国应用技术委员会于1999年出版的设计指南《减少楼板振动》中建议：为了满足舒适度要求，住宅楼板的振动加速度峰值限值为0.005g，即为50mm/s²。从图6、7可以看出，隔振前底层楼板加速度峰值为120mm/s²，顶层楼板加速度峰值为110mm/s²，均超过了50mm/s²；隔振后，底层相对加速度峰值为20mm/s²，较隔振前减少了80%；顶层相对加速度峰值为40mm/s²，较隔振前减少了67%，均满足加速度峰值限值的要求。综上所述，设置碟簧支座后，竖向加速度明显减少，使建筑物满足了设计规范，由此可以得出，在建筑物底部设置该隔振支座可以得到显著的隔振效果。

2结束语

笔者通过对碟簧隔振支座设计理论的分析，并结合工程实例进行支座设计，对实例中设计的隔振支座进行ANSYS有限元模拟分析，结构的层间加速度减少显著，证明了该支座具有较好的隔振效果。

作者：刘平平隋杰英王雪鹏单位：青岛理工大学土木工程学院