陳景濤

(武漢理工大學 理學院， 湖北 武漢 430070)

高架輕軌作為一種城市交通方式，因具有明顯的優(yōu)勢而在城市建設中得到了迅猛發(fā)展，給城市居民的生活帶來很大方便。但高架輕軌運行所引發(fā)的振動與噪聲問題，一直受到人們的關注。高架輕軌列車在運行過程中產(chǎn)生的振動通過橋梁傳至地面后，再由土壤傳遞到建筑物基礎，引起建筑物振動產(chǎn)生結構噪聲；建筑物振動時也可能激起門窗、設備等振動發(fā)出聲音，產(chǎn)生二次結構噪聲，對環(huán)境產(chǎn)生影響。武漢某擬建劇場東臨京漢大道和軌道交通一號線，周圍噪聲振動污染源主要是京漢大道上道路交通噪聲、軌道交通一號線的噪聲以及由于軌道交通運行振動而引起的劇場內(nèi)的結構噪聲。環(huán)評報告[1]指出：劇場內(nèi)的結構噪聲將超過33dB(A)，不滿足噪聲評價曲線NR-25小于30dB(A)的規(guī)定；道路交通噪聲振動對劇場基本沒有影響。因此，有必要采取有效的隔振措施，降低劇場內(nèi)的結構噪聲，保證劇場正常使用。

目前較常用的隔振裝置有隔振彈簧系統(tǒng)、鋼板與橡膠交互夾層相接的多層橡膠支承墊、以及多層橡膠支承墊與阻尼器組合使用。香港葵青劇院等采用隔振彈簧系統(tǒng)來防止列車通過時對劇院的振動影響，以上隔振裝置對隔振材料有較高的要求，價格較貴且維護費用也高。鋼筋混凝土連續(xù)墻的隔振原理是利用不同參數(shù)介質(zhì)界面上振動波的反射、透射特性，即在非均勻介質(zhì)中，隨著不同介質(zhì)材料參數(shù)的不同，透射、反射的能量量值也不同，材料的阻尼吸收系數(shù)也不同，改變了振動的傳遞，從而到達減振的目的。鋼筋混凝土連續(xù)墻隔振措施不僅施工方便、造價低，而且?guī)缀醪恍枰S護，隔振效果也可滿足工程要求[2～5]。

1 工程概況

劇場地上二層及地下一層共三層，其中地上一層設置 810 座的中型劇場，地上二層置 300 座的小型劇場，地下一層安排設備用房、功用房和部分地下停車位?？偨ㄖ娣e 7600 m2。根據(jù)對劇場周邊環(huán)境振動的現(xiàn)場實測，得到了與352號橋墩對應的六個測點的振級(測點位置見圖1)。隔振措施采用鋼筋混凝土連續(xù)墻，隔振墻距地下室外墻0.7 m。為了分析隔振墻的隔振效果，先對實測現(xiàn)場的環(huán)境振動現(xiàn)狀進行數(shù)值模擬，作為評價隔振墻隔振效果的初始狀態(tài)，再對采取隔振措施后的狀態(tài)進行數(shù)值模擬，并與初始狀態(tài)進行比較，來評價隔振墻的隔振效果[6～9]。

圖1 測點布置

2 環(huán)境振動現(xiàn)狀的有限元分析

2.1 土層參數(shù)

土層參數(shù)見表1。

表1 土層參數(shù)

2.2 有限元分析模型

有限元分析模型為以352號墩為中心，長為80 m，寬為25 m，深度為22 m(圖2)，采用 Solid45八節(jié)點三維等參元進行離散，設置鋼筋混凝土連續(xù)墻部位的網(wǎng)格與隔振效果分析時一致。其中z向19～22 m范圍、x向-30～-40 m范圍和x向30～40 m范圍用來模擬遠場對計算模型的影響。z向22 m平面采用固支，x向-40 m平面和x向40 m平面采用法向位移約束，y向-12.5 m平面和y向12.5 m平面采用法向位移約束。

圖2 有限元分析模型

將采集得到的橋墩測點處的加速度時程數(shù)據(jù)作為原始的激勵輸入，根據(jù)牛頓第二定律換算為激勵力。

F=ma

(1)

式中，m為一跨梁的質(zhì)量與一根橋敦的質(zhì)量之和；a為加速度時程數(shù)據(jù)。

6個測點處的加速度時程曲線見圖3。根據(jù)實際測得的振動加速度時程曲線，進行離散Fourier變換得到頻域內(nèi)對應于各頻率的幅值|A(J)|，其中：

(2)

式中，a(k)為測得的振動加速度時程，單位m/s2；N為數(shù)據(jù)個數(shù)。

圖3 環(huán)境振動下6個測點處的加速度時程曲線

由于|A(J)|對應各頻率的振動是簡諧振動，所以可得對應于各頻率振動加速度的有效值ari：

(3)

振動計權加速度值為：

(4)

式中，ci為對應于該頻段的計權因子；ari為第i個頻段各頻率處的振動加速度有效值。

振動級VL(簡稱振級，單位為dB)為：

(5)

6個測點處振級的實測結果與數(shù)值模擬結果見表2。從表2可見，數(shù)值模擬結果與實測結果的衰減規(guī)律基本一致，但數(shù)值上有一定誤差，考慮到實測現(xiàn)場的復雜性以及模型簡化所引起的誤差，認為所建的有限元分析模型是可信的，可以用于鋼筋混凝土連續(xù)墻隔振效果的數(shù)值模擬。

表2 實測結果與數(shù)值模擬結果 dB

3 連續(xù)墻隔振效果的有限元分析

采用0.3 m寬鋼筋混凝土連續(xù)墻作為隔振措施，隔振墻外側為0.7 m寬陶粒減振材料，內(nèi)側0.3 m寬陶粒減振材料，深度均為5 m，隔振墻附近的網(wǎng)格見圖4。

激勵輸入及加速度時程曲線的數(shù)據(jù)處理同環(huán)境振動的有限元分析，6個測點的加速度時程曲線見圖5，采用隔振措施后6個測點的振級見表3。從表3可以看出，測點1、2、3處的振級有明顯的降低，分別降低了5.41 dB、17.22 dB、20.54 dB，說明隔振墻的隔振作用比較明顯，隔振效果良好。研究表明[10，11]，結構噪聲隨地表振動的增加而增加，呈近似線形關系，當場地振級小于60 dB時，結構噪聲將小于30 dB，根據(jù)測點1、2、3處的振級實測結果和采取隔振措施后的振級降低效果，采取隔振措施后測點1、2、3處的振級將都小于60 dB，能夠保證劇場的正常使用。

圖4 隔振墻附近的網(wǎng)格

圖5 激勵輸入下6個測點處的加速度時程曲線

dB

4 結 論

(1)利用實測橋墩處的加速度數(shù)據(jù)作為輸入載荷，對擬建場地的環(huán)境振動進行了三維有限元數(shù)值模擬，6個測點處的模擬結果與實測結果吻合，表明有限元模型是可靠的。

(2)采用鋼筋混凝土連續(xù)墻隔振措施，對隔振效果進行了數(shù)值模擬，結果表明：測點1、2、3處的振級分別降低了5.410 dB(10.2%)、17.221 dB(31%)、20.535 dB(32%)，說明隔振墻的隔振作用比較明顯，隔振效果良好。

(3)根據(jù)測點1、2、3處的振級實測結果和采取隔振措施后的振級降低效果，采取隔振措施后測點1、2、3處的振級將都小于60 dB，能夠保證劇場的正常使用。

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