田新濤 時剛 鞏虎濤 侯棟友 劉懷才

摘 要：以工程卡車行駛產(chǎn)生的振動為研究對象，對鄭州西四環(huán)植物園某路段進行實測。結(jié)果表明：重載卡車產(chǎn)生振動以豎向為主，且強度較低，豎向振動集中在10～20Hz低頻段，水平向振動集中在60～70Hz的高頻段;隨著距離增加，振動幅值出現(xiàn)衰減趨勢;該場地豎向振級均未超過《振動環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 10070—201X）（環(huán)境振動標準意見稿）中的允許限值。實測結(jié)果可為相關部門研究工程卡車地面振動傳播特性以及控制該振動提供參考和依據(jù)。

關鍵詞：工程卡車;振動實測;振動傳播;振動計權(quán)加速度級

中圖分類號：TU435 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0117-03

Abstract： Taking the vibration generated by the engineering truck as the research object， the actual measurement was carried out on a section of Zhengzhou West Fourth Ring Botanical Garden. The measured results show that the vibration of the heavy-duty truck is mainly vertical and the intensity is low. The vertical vibration is concentrated in the low frequency range of 10～20Hz， and the horizontal vibration is concentrated in the high frequency range of 60～70Hz. As the distance increases， the vibration amplitude appears attenuation trend; the vertical vibration level of the site does not exceed the allowable limit in the Vibration Environmental Quality Standard （GB 10070—201X） （Environmental Vibration Standards Draft）. The measured results can provide reference and basis for relevant departments to study the ground vibration propagation characteristics of engineering trucks and control the vibration.

Keywords： engineering truck;vibration measurement;vibration propagation;vibration weight acceleration level

隨著城市建設的火熱進行，工程運輸車也越來越頻繁地穿梭于城市中。然而，由于其噸位較大，產(chǎn)生的振動和噪聲對沿線居民的生活帶來了不可忽視的影響。研究其產(chǎn)生振動的傳播規(guī)律，可以為控制該振動提供依據(jù)。

交通振動是由于地面不平、軌道有接縫，運輸工具運行時沖擊地面或軌道而發(fā)生的，其沿著地面有衰減地向四周傳播[1]。當前，國內(nèi)學者對車輛引起的振動進行了深入研究。崔高航等[2]通過對各點加速度時程數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果的比較，總結(jié)了環(huán)境振動傳播的一般規(guī)律，在最小二乘準則條件下，采用數(shù)理統(tǒng)計回歸方法提出地面振動衰減的經(jīng)驗公式。茅玉泉等[3]通過大量實測實驗研究了火車、汽車在運行過程中引起的地面振動特性和衰減。采用數(shù)理統(tǒng)計的復合回歸方法，探討了振動的傳播衰減規(guī)律，提出了地面垂直和水平振動衰減的經(jīng)驗公式。趙銳等[4]首先利用MATLAB求解考慮路面不平度影響的車輛振動微分方程;然后，利用文克爾彈性地基梁模型模擬路面土體，建立車輛及所在地面的振動計算模型;最后，借助動力機械振動沿地面?zhèn)鞑サ乃p公式提出車輛通行引起構(gòu)筑物基礎加速度的計算公式，最終建立車輛引起地面振動衰減的計算方法，并用實測數(shù)據(jù)進行了驗證，用算例對該方法的應用進行說明。楊先健等[5]利用瑞利波和體波所建立的基本理論，研究了動力機械所引起的地面振動衰減，提出了衰減計算公式。樓夢麟等[6]通過研究得出地面交通振動中垂向的加速度峰值最大，而隧道交通振動中垂向加速度的峰值最小的結(jié)論。然而，上述文獻僅對列車振動進行了詳細研究，對重載工程卡車誘發(fā)的振動研究尚少。

由此，本文以工程卡車行駛產(chǎn)生振動為研究對象，對鄭州西四環(huán)植物園某路段工程卡車通過時地面的振動情況進行實測，通過MATLAB編制程序?qū)崪y數(shù)據(jù)進行處理，研究了工程卡車誘發(fā)地面振動的特性及傳播規(guī)律，實測結(jié)果可為相關部門研究工程卡車地面振動傳播特性以及控制該振動提供參考和依據(jù)。

1 試驗背景

現(xiàn)場測試于2018年12月在鄭州西四環(huán)植物園附近某路段進行。該路段重載運輸車輛來往較多，且周圍新建居民小區(qū)以及商業(yè)建筑較為集中。為排除其他振動對實驗的影響，測試場地附近無其他交通振動及施工作業(yè)。本次試驗采用的儀器為意大利MOHO公司生產(chǎn)的地脈動儀TROMINO?。其是一個小型一體化的儀器，可測量頻率在0.1～1 024Hz的振動。實測前對儀器進行核檢，以確保采集振動數(shù)據(jù)的可靠性。本次試驗采樣頻率為512Hz，實測儀器如圖1所示。

地面測點垂直于車輛行駛方向布置，布置7個實測點位，相鄰測點間距5m，測點布置如圖2所示，以研究工程卡車產(chǎn)生的振動對周邊環(huán)境的影響及其沿地面的傳播規(guī)律。

本次測量時間較長，測試車輛較多。由于當前該路段多為混凝土攪拌車輛，故本文以某型號混凝土攪拌車引起的振動情況為主要實測對象，車輛質(zhì)量在30t左右，車速為30km/h。

2 振動數(shù)據(jù)處理及分析

基于MATLAB得出振動加速度時程和頻譜曲線，在此基礎上，得到各測點的振動強度隨距離變化的情況，以研究工程卡車振動衰減規(guī)律，并參考振動標準對該場地工程卡車引起的環(huán)境振動情況進行評價。

2.1 振動時域和頻域分析

本次試驗采集了5、10、15、20、25、30m和35m處的振動數(shù)據(jù)，圖3至圖6為距振源5m和35m處地面水平向和豎向振動的加速度時程和頻譜曲線。

比較圖3和圖5中各向振動加速度時程曲線可知，豎向振動曲線與水平向存在差異，水平向振動相差不大，豎向振動幅值大于水平向，重載工程卡車振動體現(xiàn)在豎直向。隨著距離增加，各向振動加速度幅值均呈衰減趨勢。

對采集數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，得到各測點加速度所對應的頻譜圖，以便于在頻域范圍對重載車輛產(chǎn)生的環(huán)境振動進行分析。

由圖4和圖6可以得出，水平向頻譜曲線變化規(guī)律類似，體現(xiàn)為高頻振動占優(yōu)，其加速度峰值集中在60～70Hz的高頻區(qū)段;Z向主要體現(xiàn)為低頻振動占優(yōu)，加速度峰值集中在10～20Hz低頻區(qū)段。隨著距離增加，各向振動幅值呈現(xiàn)緩慢衰減趨勢。

2.2 振動計權(quán)加速度級分析

振動加速度級是一種能表征振動強度大小的相對指標，被我國及國外很多國家用作評價振動的影響量。在評價振動對環(huán)境的影響時，常常將振動加速度級轉(zhuǎn)化為振級。計權(quán)振級表達式為[7]：

（1）

其中：[La，i]為第i個中心頻率上所測得的振動加速度級（dB）;[wi]為該頻率上的計權(quán)因子（dB）。

（2）

其中：[La]為振動加速度級（dB）;[arms]為加速度有效值;[arms]為基準加速度，取值為[10-6m/s]。

圖7為根據(jù)MATLAB計算測點的振級大小，繪制的振動強度隨距離變化的分析圖。

從圖7可以看出：隨著距離增加，整體上，各向振級均有逐漸減小的趨勢，振級在近處（5～10m）衰減較快，在遠處衰減逐漸減緩;水平向振動在近處較豎向衰減較快，且在遠處（20～30m）出現(xiàn)振動放大現(xiàn)象，初步判斷與場地土體性質(zhì)有關。對比各向振級大小得出，X向和Y向強度相差不大，重載卡車產(chǎn)生的振動主要體現(xiàn)在豎向，產(chǎn)生的振動較地鐵和火車振動數(shù)值[8]小。

為控制環(huán)境振動污染，保障城鄉(xiāng)居民正常生活、工作和學習的振動環(huán)境質(zhì)量，環(huán)保部制定了《振動環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 10070—201X）（環(huán)境振動標準意見稿）。通過結(jié)合新標準，將該振動環(huán)境功能區(qū)進行歸類，并結(jié)合規(guī)范中要求的最大Z振級作為當前環(huán)境的振動評價量，該試驗地點劃分為Ⅲ類振動環(huán)境功能區(qū)，且此類環(huán)境振動限值為78dB。對比Z振級數(shù)值，在當前環(huán)境下，重載卡車引起地面振動的豎向振級均未超出標準所規(guī)定的振動限值。

3 結(jié)論

重載卡車行駛對周圍地面的振動響應影響比較復雜。本文通過對重載卡車行駛誘發(fā)地面振動問題進行實測分析，得出以下結(jié)論。

①重載工程卡車振動體現(xiàn)在豎直向，應以控制豎向振動為主;隨著距離增加，各向加速度幅值均呈現(xiàn)衰減趨勢，X向和Y向加速度變化較為接近，且與豎直向加速度差異較大。

②在頻域上，水平振動主要體現(xiàn)為高頻占優(yōu)，以60～70Hz為主;豎向振動體現(xiàn)為低頻占優(yōu)，以10～20Hz為主，故可在頻段上控制該振動。

③水平向振動在距振源25～30m出現(xiàn)振動放大現(xiàn)象，初步判斷為某高頻振動影響所致，故水平向應得到重視。

④重載卡車產(chǎn)生的振動強度較低，結(jié)合規(guī)范可知，該場地振動強度未超過規(guī)定限值。

參考文獻：

[1]曹雨.交通激勵下古建筑木結(jié)構(gòu)動力分析模型研究[D].聊城：聊城大學，2015.

[2]崔高航，陶夏新，陳憲麥.城軌交通沿線地面環(huán)境振動衰減實測分析[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2008（1）：39-43.

[3]茅玉泉.交通運輸車輛引起的地面振動特性和衰減[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，1987（1）：67-77.

[4]趙銳，張毅剛.車輛引起的地面振動衰減計算方法[J].振動、測試與診斷，2015（2）：295-301，399.

[5]楊先健.動力機械引起的地面振動衰減[J].湖南大學學報，1982（3）：12-18.

[6]樓夢麟，譚廣寶.公路交通運行引起的振動實測及其衰減分析[J].力學季刊，2013（4）：663-672.

[7]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑工程容許振動標準：GB 50868—2013[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[8]夏禾.交通環(huán)境振動工程[M].北京：科學出版社，2010.