地鐵已建建筑的隔振研究范文

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1數(shù)值模擬與分析

1.1工程概況筆者對(duì)上海某一受地鐵運(yùn)行振動(dòng)影響的居民住宅進(jìn)行基礎(chǔ)隔振。該建筑物為5層磚混結(jié)構(gòu)，總高度為2.85=14m，總長(zhǎng)14.32m，總寬為12.22m。構(gòu)造柱截面尺寸為240mm240mm，圈梁尺寸為240mm300mm，過梁的尺寸240mm240mm，預(yù)制樓板厚120mm，墻厚240mm。圈梁、樓板、構(gòu)造柱均采用C30混凝土，彈性模量E=31010Pa，密度=2700kg/m3，泊松比v=0.3。受力筋為HRB400，箍筋為HRB335。墻采用黏土磚，密度=1800kg/m3，泊松比μ=0.15，抗壓強(qiáng)度cf=2.67106Pa，彈性模量E=4.72109Pa。用ANSYS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，上部結(jié)構(gòu)采用層間剪切模型，以1個(gè)樓層為基本單元，把每層的豎向構(gòu)件合并為1根豎桿，用樓層的等效剪切剛度作為豎桿的層剛度，并將全部恒、活荷載按一定比例組合后就近集中于各層樓蓋處作為1個(gè)質(zhì)點(diǎn)，從而形成“串聯(lián)質(zhì)點(diǎn)系”振動(dòng)模型，如圖2所示。在模型中用3Dmass21單元來(lái)模擬集中于各層樓蓋處的質(zhì)量，3Dmass21單元有6個(gè)自由度的點(diǎn)單元，包括X、Y、Z方向的平動(dòng)和繞X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，定義單元時(shí)根據(jù)實(shí)際情況確定其只有豎向自由度。豎桿用彈簧單元combine40模擬，并定義其只有水平剛度。碟簧支座豎向剛度模擬采用combine14單元，在2個(gè)水平方向采用combine40單元，該單元可以引入線性的強(qiáng)化模型、黏滯阻尼的影響。由于地鐵振動(dòng)對(duì)上部結(jié)構(gòu)作用的主要影響是豎向，因此豎向剛度為碟簧計(jì)算剛度，忽略2個(gè)水平方向的影響，將其剛度設(shè)為無(wú)限大。建立的支座簡(jiǎn)化模型如圖3所示。

1.2數(shù)值模擬結(jié)果及分析通過實(shí)測(cè)，得到地鐵運(yùn)行時(shí)對(duì)該建筑物樓板的振動(dòng)加速度，共布置測(cè)點(diǎn)8個(gè)，其中建筑物內(nèi)7個(gè)，地表1個(gè)。筆者選取建筑物1層樓板的測(cè)點(diǎn)S1作為研究對(duì)象，測(cè)點(diǎn)與列車隧道的相對(duì)位置如圖4所示。實(shí)測(cè)的加速度值如圖5所示，時(shí)間間隔為0.05s，持續(xù)時(shí)間為8s。

1.2.1模態(tài)分析通過ANSYS模態(tài)計(jì)算，分別得到隔振前、后結(jié)構(gòu)的前4階自振頻率，如表1所示。通過表1可知，隔振后的1階自振頻率比隔振前減少77%，2階自振頻率減少了48%，3階自振頻率減少了38%，4階自振頻率減少了16%。結(jié)構(gòu)自振周期由隔振前的0.64s延長(zhǎng)為2.8s，說(shuō)明碟簧隔振支座大大削弱了地鐵振動(dòng)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。

1.2.2時(shí)程分析在地鐵振動(dòng)作用的影響下，上部結(jié)構(gòu)隨碟簧隔振支座的移動(dòng)而產(chǎn)生位移，因此絕對(duì)位移會(huì)相對(duì)增大，但是由于地鐵振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的層間位移影響很小，因此筆者對(duì)位移的影響不予考慮。筆者通過ANSYS數(shù)值模擬得到結(jié)構(gòu)隔振前、后的相對(duì)加速度時(shí)程曲線，如圖6、圖7所示。根據(jù)美國(guó)應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)于1999年出版的設(shè)計(jì)指南《減少樓板振動(dòng)》中建議：為了滿足舒適度要求，住宅樓板的振動(dòng)加速度峰值限值為0.005g，即為50mm/s²。從圖6、7可以看出，隔振前底層樓板加速度峰值為120mm/s²，頂層樓板加速度峰值為110mm/s²，均超過了50mm/s²；隔振后，底層相對(duì)加速度峰值為20mm/s²，較隔振前減少了80%；頂層相對(duì)加速度峰值為40mm/s²，較隔振前減少了67%，均滿足加速度峰值限值的要求。綜上所述，設(shè)置碟簧支座后，豎向加速度明顯減少，使建筑物滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范，由此可以得出，在建筑物底部設(shè)置該隔振支座可以得到顯著的隔振效果。

2結(jié)束語(yǔ)

筆者通過對(duì)碟簧隔振支座設(shè)計(jì)理論的分析，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行支座設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)例中設(shè)計(jì)的隔振支座進(jìn)行ANSYS有限元模擬分析，結(jié)構(gòu)的層間加速度減少顯著，證明了該支座具有較好的隔振效果。

作者：劉平平隋杰英王雪鵬單位：青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院