魏陸順 林霞娟 陳睦鋒 張璐

摘 要：對(duì)某古建筑在路面交通作用下的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬。首先對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度與加速度響應(yīng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，然后計(jì)算了結(jié)構(gòu)模型在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入下的振動(dòng)響應(yīng)，最后分析了交通路況對(duì)古建筑的影響。分析結(jié)果表明：路面交通引起古建筑水平向振動(dòng)主要在3～15Hz范圍內(nèi)，以低頻振動(dòng)為主；豎向振動(dòng)第一階頻率約為8Hz，振動(dòng)豎向幅值較水平幅值大；結(jié)構(gòu)的一階頻率與車(chē)輛振動(dòng)頻率接近是導(dǎo)致古建筑振動(dòng)幅值較大的原因。

關(guān)鍵詞：交通振動(dòng)；古建筑；振動(dòng)響應(yīng)；模型分析

中圖分類號(hào)：TU311.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）11-0047-03

Abstract： The field measurement and numerical simulation of the vibration response of an ancient building under the action of road traffic are carried out. First， the vibration velocity and acceleration response of the structure are measured on the spot； then the vibration response of the structure model under the measured data input is calculated； finally， the influence of the traffic conditions on the ancient buildings is analyzed. The results show that the horizontal vibration of ancient buildings caused by road traffic is mainly within the range of 3～15 Hz， the low frequency vibration is dominant， the first order frequency of vertical vibration is about 8 Hz， and the vertical amplitude of vibration is larger than that of horizontal vibration. The first order frequency of the structure is close to the vibration frequency of the vehicle， which is the reason for the larger vibration amplitude of the ancient building.

Keywords： traffic vibration； ancient buildings； vibration response； model analysis

1 概述

交通振動(dòng)是指因交通車(chē)輛引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)通過(guò)周?chē)慕橘|(zhì)向外傳播，從而誘發(fā)附近建筑物（包括室內(nèi)設(shè)備，精密儀器，家具等）二次振動(dòng)和噪聲，并造成建筑物地基下沉，墻體開(kāi)裂。近年來(lái)，隨著我國(guó)的交通量持續(xù)增長(zhǎng)，交通振動(dòng)對(duì)古建筑的影響顯得日益突出[1]，因此，有必要根據(jù)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范對(duì)古建筑進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試和相關(guān)分析，進(jìn)一步保護(hù)古建筑。孫獻(xiàn)倫[2]研究了一座四層的磚木結(jié)構(gòu)在不同車(chē)速下的典型車(chē)輛荷載激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng)；李宇東[3]對(duì)地鐵列車(chē)及路面交通引起木結(jié)構(gòu)古建筑微振動(dòng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究；李克飛[4]研究了古建筑在既有地鐵交通和路面交通作用下的振動(dòng)響應(yīng)及其結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的傳播規(guī)律；孟昭博[5]建立了多輛車(chē)并行時(shí)環(huán)形道路交通引起的地面振動(dòng)衰減實(shí)用計(jì)算公式。

本文對(duì)一古建筑在路面交通作用下的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和有限元模型的計(jì)算分析。依據(jù)《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB10070-1988）[6]對(duì)建筑各層樓面振動(dòng)速度及底層、室外靠近路面一側(cè)的加速度響應(yīng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，隨后建立結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析和動(dòng)力響應(yīng)分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果分析了現(xiàn)況交通振動(dòng)及路況改變后對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

2 古建筑概況

該建筑為三層券拱的西式建筑，混合結(jié)構(gòu)，屬于全國(guó)重點(diǎn)文物保護(hù)單位，具有重大的歷史價(jià)值、科學(xué)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值。結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀如圖1所示，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察，個(gè)別處可見(jiàn)輕微裂縫，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫。由于該建筑臨近繁忙的交通路線，為確定交通振動(dòng)作用下對(duì)結(jié)構(gòu)影響，對(duì)該文物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

依據(jù)《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》GB/T50452-2008[7]，古建筑容許振動(dòng)限值應(yīng)符合表1的規(guī)定。

3 現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試

測(cè)試系統(tǒng)采用丹麥B&K;公司PULSE系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)的二層、三層樓面各布置了2個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試如圖3所示。為模擬交通路況改變對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)結(jié)構(gòu)底層水平向和豎向加速度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，采用記錄到的加速度數(shù)據(jù)作為結(jié)構(gòu)模型的輸入，對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算分析。

對(duì)二層、三層樓面A和B測(cè)點(diǎn)共進(jìn)行了5次測(cè)試，其速度測(cè)試結(jié)果如表2所示，三層A測(cè)點(diǎn)的頻譜曲線如圖4所示?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量二層、三層速度振動(dòng)幅值滿足《古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范》（GBT50452-2008）限值0.15mm/s要求；車(chē)輛通過(guò)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)有較大影響，此時(shí)三層樓面的速度幅值在0.038～0.069mm/s；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的水平振動(dòng)主要在3Hz～15Hz頻率范圍，為低頻振動(dòng)為主。

4 結(jié)構(gòu)模型計(jì)算分析

采用SAP2000軟件建立的有限元模型如圖5所示。結(jié)構(gòu)X向1階頻率為3.25Hz（見(jiàn)圖6），Y向1階頻率為4.20Hz。

結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度幅值分析結(jié)果見(jiàn)表3。在現(xiàn)交通條件下，三層結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值滿足規(guī)范限值0.15mm/s的要求，頂層結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值接近限值0.15mm/s；結(jié)構(gòu)X、Y向一階頻在3.25～4.20Hz，與車(chē)輛通過(guò)測(cè)試的一階頻率接近，是結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值較大的原因。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)一古建筑結(jié)構(gòu)在交通振動(dòng)作用下的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和有限元模型的計(jì)算，結(jié)果表明，車(chē)輛通過(guò)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)有較大影響，三層結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值滿足規(guī)范限值0.15mm/s的要求，而頂層結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值接近規(guī)范限值0.15mm/s；路面交通引起古建筑水平向振動(dòng)主要在3～15Hz范圍內(nèi)，以低頻振動(dòng)為主；豎向振動(dòng)第一階頻率約為8Hz，振動(dòng)豎向幅值較水平幅值大；該古建筑結(jié)構(gòu)X、Y向一階頻率在3.25～4.20Hz，與汽車(chē)通過(guò)測(cè)試的一階頻率接近，是結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值較大的原因。

參考文獻(xiàn)：

[1]Bata M. Effect on buildings of vibrations caused by traffic[J].Building Science，1985，99（1）：1-2.

[2]孫獻(xiàn)倫.道路交通荷載激勵(lì)下可園邀山閣振動(dòng)響應(yīng)研究[D].華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2015.

[3]李宇東，馬蒙，等.地鐵列車(chē)及路面交通引起古建筑微振動(dòng)預(yù)測(cè)研究[J].都市軌道交通，2014，27（3）.

[4]李克飛.交通振動(dòng)對(duì)臨近古建筑的動(dòng)力影響測(cè)試分析[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，35（1）.

[5]孟昭博.西安鐘樓的交通振動(dòng)響應(yīng)分析及評(píng)估[D].西安建筑科技大學(xué)，2009.

[6]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)：GB10070-1988[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988.

[7]GB/T 50452-2008.古建筑防工業(yè)振動(dòng)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.