振源传导桩隔振系统作用机理与性能VIP免费

第３４卷第１期２０１４年２月振动、测试与诊断ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＤｉａｇｎｏｓｉｓＶｏｌ．３４Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１４振源传导桩隔振系统作用机理与性能＊袁俊１，孟昭博２，胡卫兵３，常玉珍３，吴敏哲３（１．西北电力设计院西安，７１００７５）（２．聊城大学建筑工程学院聊城，２５２０５９）（３．西安建筑科技大学土木工程学院西安，７１００５５）摘要针对目前振动控制措施对轨道交通运营中低频振动的控制效果欠佳的问题，提出一种新型的减振措施———振源传导桩隔振系统。通过分析振源传导桩隔振系统的作用机理和结构布置，建立了振源传导桩隔振系统的数值模型，并以西安地铁二号线钟楼段为例进行参数分析，评价了该系统的减振性能。结果表明，振源传导桩系统具有良好的减振性能。隧道上方地面的振动速度和加速度随传导桩的桩长增加而显著降低。列车运营速度在２２．２２ｍ／ｓ以下时，车速变化对系统隔振效果影响不大。车速大于２２．２２ｍ／ｓ时，地面振动响应幅值明显随车速的提高而增大，应适当增加传导桩的桩长。关键词轨道；减振；动力响应；低频振动；振源传导桩系统中图分类号Ｘ７０７；ＴＨ７０２引言根据振动的产生机理、传播规律以及受振对象的响应特点，轨道交通系统的减振降噪措施可以从降低振源强度、切断振动传播途径和建筑物隔振３个方面采取控制对策［１－３］。目前，已有的振源强度控制措施可以对轨道交通运营引起中、高频振动起到较好的减振效果，但对低频振动的控制效果欠佳［４－５］。建筑物隔振措施大多沿袭以往抗震设计的思想，对交通激励引起的低频振动控制作用有限，其减振技术也仅限于在新建的建筑物中使用，对已有的脆弱敏感建筑和古建筑则难以通过简单加固和控制措施来满足安全使用标准和文物保护要求。此外，建筑隔振措施仅能保护沿线点状分布的重要单体，对分布在轨道线路两侧长距离线状影响范围的生产、生活区，实现群体控制的技术难度和费用成本较高。在传播途径控制措施中，由于天然土体的辐射阻尼和材料阻尼作用，在经过粘弹性介质中长距离的传播后，低频和高频振动均能得到有效的衰减。因此，研究地铁振动在介质中的衰减规律时，众多学者将观测点与振源之间的距离作为描述振动能量衰减的决定性因素之一［６－８］。大量的实测表明［９－１１］，只要能避开振动能量在土体层状界面和土体基岩折射、反射形成的放大区域，加大隧道的埋深或使轨道线路远离敏感建筑是最简单有效的方法。但由于城市交通总体规划的需求，在历史名城内修建城市轨道线路很难完全避开古建筑和其他敏感建筑。同时，振波的传播规律表明，对于普通的隧道埋深而言，高频振动能量从隧道壁传至地表已经得到了明显的衰减，而中低频振动则需要经过更长的传播距离才能实现足够的衰减［１２－１３］。为满足中低频振动的减振要求而过度加大埋深将会显著增加修建成本，因此研究经济高效的中低频振动控制措施是目前工程中亟待解决的问题。针对目前已有减振措施的局限，笔者提出了一种新型的减振措施———振源传导桩隔振系统。在不增加隧道埋深的情况下，根据不同的减振要求，将振源通过减振桩从隧道壁传递至隧道下的深层土体，经济合理地实现对低频振动的衰减。同时阐述了振源传导桩隔振系统的作用原理和结构布置，给出了荷载－传导桩－轨道板耦合动力学方程。以西安地铁二号线钟楼段为例建立了有限元模型进行参数分析，评价了振源传导桩系统的减振性能。＊国家自然科学基金资助项目（５１３７８２４５，５１２４８００３）；陕西省科学技术研究发展计划资助项目（２０１０Ｋ１１－０５－０１）；陕西省自然科学基础研究计划资助项目（２０１１ＪＱ７０１４）；陕西省教育厅专项科研计划资助项目（０９ＪＫ５２１）；西安市科技计划资助项目（ＹＦ０７２０７）收稿日期：２０１３－０１－０７；修回日期：２０１３－０３－１２１振源传导桩隔振系统的作用原理与结构布置振源传导桩隔振系统的作用机理如图１所示。将地铁道床直接支承在传导桩上，使道床和隧道衬砌脱离。传导桩的桩身采用套筒与周围土体隔离，根据地质...