专利名称：地铁交通引起的地表振动分析方法
技术领域：
本发明涉及土木建筑工程领域与环境振动领域，且尤其涉及ー种地铁交通引起的地表振动分析方法。本发明提出的方法可为地铁线路及建筑整体规划提供參考。
背景技术：
随着城市建设现代化进程的发展和城市规模的日益扩大，城市轨道交通发展迅速。轨道交通穿越市中心区时，难免途经人口密集的居民楼、学校、医院等既有建筑物，轨道交通运营时产生的振动经隧道衬砌、土体传至地面建筑，引起建筑物的振动，该振动及因其产生的二次噪声严重干扰了人们的正常生活，对环境产生负面影响，軌道交通引起的环境振动问题亟待解决。避免轨道交通引起的环境振动问题最有效的方法是通过合理的预估地铁交通引起的环境振动，在地铁线路及建筑规划阶段就予以考虑。然而由于地铁交通引起的环境振动受多种因素的影响，是ー个极为复杂的振动传 播过程，如何较为合理的预估地铁交通引起的环境振动是ー个相当困难的且急需解决的问题。
发明内容
本发明提出一种地铁交通引起的地表振动分析方法，可为地铁线路及建筑整体规划提供參考。为了达到上述目的，本发明提出ー种基于现场实测道床加速度的地铁交通引起的地表振动分析方法，应用于预估地铁交通引起的地表振动，其包括下列步骤第一歩现场实测地铁隧道内道床振动加速度；第二步建立道床一隧道衬砌一地层的平面应变有限元-无限元模型；第三歩计算道床上分別作用不同频率的単位简谐位移荷载时地表任意点的传递函数；第四步采用频域-时域转换的分析方法求得地表任意点的加速度时程和振级。本发明提出的基于现场实测道床加速度的地铁交通引起的地表振动分析方法，应用于预估地铁交通引起的地表振动，可为地铁线路及建筑整体规划提供參考。
图I所示为本发明较佳实施例的地铁交通引起的地表振动分析方法流程图；图2所示为本发明较佳实施例的地铁隧道内道床振动加速度现场实测示意图；图3所示为本发明较佳实施例的平面应变有限元-无限元模型示意图；图4所示为本发明较佳实施例的频域-时域转换计算分析框图。图2中各标号的含义1、道床，2、隧道衬砌,3、地层,4、轨道,5、加速度传感器。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。本发明提出一种地铁交通引起的地表振动分析方法，可为地铁线路及建筑整体规划提供參考。为了达到上述目的，本发明提出ー种基于现场实测道床加速度的地铁交通引起的地表振动分析方法，应用于预估地铁交通引起的地表振动，其包括下列步骤第一歩SI :现场实测地铁隧道内道床振动加速度；第二步S2 :建立道床一隧道衬砌一地层的平面应变有限元-无限元模型；
第三步S3 :计算道床上分別作用不同频率的単位简谐位移荷载时地表任意点的传递函数；第四步S4 :采用频域-时域转换的分析方法求得地表任意点的振动时程和振级。以下，分别对各个阶段进行详细描述。第一歩SI :现场实测地铁隧道内道床振动加速度。如图2所示，在道床I上布置多个加速度传感器5，通过现场实测确定地铁道床的振动加速度只/)，作为数值模拟的激励荷载，确保了激励荷载的可靠性。这不同于传统技术中采用列车ー轨道一道床模型计算的列车激励荷载，本发明提出的此方法确保了列车激励荷载与实际情况的一致性。第二步S2 :建立道床一隧道衬砌一地层的平面应变有限元-无限元模型。图3所示，选取典型的剖面，建立道床I 一隧道衬砌2 —地层3的平面应变有限元-无限元模型。地层3采用层状地基模型，图中以不同灰度表示地基的不同层。另外，根据道床振动的有效影响范围，仅对必要的有效区域的地层3进行分析，即图中左上角网格区域的有限元区域31，模型边界采用无限元处理，即图中右侧以及底部区域32，避免了采用有限元模拟半无限地基介质时人工截断边界带来的问题。关于如何进行地层3的有限元与无限元区域的划分，还可以參考《地下空间与エ程学报》2011年第SI期的论文《无限元边界在地铁引发环境振动分析中的应用》。第三步S3 :计算道床上分別作用不同频率的単位简谐位移荷载时地表任意点的传递函数。根据图3所示的平面应变模型，可以通过谐分析求得频率为ω的単位简谐位移荷载6作用在道床I的表面时地表任意点的传递函数Ηχγ(ω),式中x、y用于定位地表某一待分析点在模型中的坐标位置，X表不图3中地表水平延伸方向，y表不垂直于地表的方向。谐分析已是成熟的技术，其并非本专利重点，因此不再赘述。第四步S4 :采用频域-时域转换的分析方法求得地表任意点的振动时程和振级。将第一阶段实测的道床振动加速度对0作为激励荷载，采用频域分析方法求得地表任意点的加速度时程和振级，计算公式如式(I)所示，框图如图4所示；频域分析方法可考虑的频率范围宽，适合进行大量样本输入的模拟分析，可大幅度提高计算效率；计算采用结构阻尼(复阻尼)，保证了阻尼比的频率无关性，避免了其它阻尼模型可能带来的计算误差。经实际工程案例分析表明计算结果与现场实测结果一致性较好。ν( ) = J+' X{m)Hxy(m)ek0,dm(I)式中X( )=丄 f x{l)e 'co,dt
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综上所述，本发明提出ー种基于现场实测道床加速度的地铁交通引起的地表振动分析方法，应用于预估地铁交通引起的地表振动，可为地铁线路及建筑整体规划提供參考。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的原理和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种地铁交通引起的地表振动分析方法，应用于预估地铁交通引起的地表振动，其特征在于包括下列步骤 第一歩现场实测地铁隧道内道床振动加速度； 第二步建立道床-隧道衬砌-地层的平面应变有限元-无限元模型； 第三歩计算道床上分別作用不同频率的単位简谐位移荷载时地表任意点的传递函数； 第四步采用频域-时域转化的分析方法求得地表任意点的加速度时程和振级。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述第一歩中，在道床上布置多个加速度传感器。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述第二步建立的模型中包含道床、隧道衬砌、地层三部分，且模型边界采用无限元处理。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于地层采用层状地基模型。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于第三步中，采用谐分析计算道床上分別作用不同频率的単位简谐位移荷载时地表任意点的传递函数。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述第四步中，根据得到的传递函数，将第一步实测的道床振动加速度作为激励荷载，采用频域-时域转换的分析方法求得地表任意点的加速度时程和振级。
全文摘要
本发明提出一种地铁交通引起的地表振动分析方法，其分析结果可为地铁线路及建筑整体规划提供参考。其包括下列步骤第一步现场实测地铁隧道内道床振动加速度；第二步建立道床-隧道衬砌-地层的平面应变有限元-无限元模型；第三步计算道床上分别作用不同频率的单位简谐位移荷载时地表任意点的传递函数；第四步采用频域-时域转换的分析方法求得地表任意点的加速度时程和振级。算得的结果可为地铁线路及建筑整体规划提供参考。
文档编号G01H17/00GK102680079SQ20121011579
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者刘峰, 刘陕南, 岳建勇, 李秀强, 蒋通, 黄绍铭 申请人:上海现代建筑设计(集团)有限公司