田新濤 時(shí)剛 方慶峰 劉懷才 侯棟友

摘 要：本文以工程卡車行駛產(chǎn)生振動(dòng)為研究對象，選取鄭州西四環(huán)植物園某道路沿線一所六層磚混結(jié)構(gòu)樓房進(jìn)行實(shí)測。實(shí)測結(jié)果表明：工程卡車引起建筑物各樓層振動(dòng)主要體現(xiàn)為豎直向低頻振動(dòng)，低頻主要在40～50Hz，水平向振動(dòng)主要為高頻，在60～80Hz;以振動(dòng)加速度級表征振動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)，得出樓層振動(dòng)強(qiáng)度在60～80dB，最大振動(dòng)強(qiáng)度74.7dB，頂層出現(xiàn)振動(dòng)放大趨勢。對頂層進(jìn)行1/3倍頻程分析可知，頂層各向振動(dòng)速度值未超過規(guī)范的允許限值，滿足建筑物內(nèi)人體舒適度的要求。

關(guān)鍵詞：工程卡車;建筑物振動(dòng);振動(dòng)加速度級;1/3倍頻程

中圖分類號：TU435 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）07-0120-03

Abstract： This paper took the vibration generated by the engineering truck as the research object， a six-story brick-concrete structure along a road in the west fourth ring botanical garden of Zhengzhou was selected for actual measurement. The measured results showed that the vibration of all floors of the building caused by the engineering truck wasmainly reflected in the vertical low frequency vibration， mainly 40～50Hz， the horizontal vibration was high frequency dominant， mainly 60～80Hz; the vibration acceleration level was characterized the vibration intensity index showedthat the floor vibration intensity was 60～80dB， the maximum vibration intensity was 74.7dB， and the vibration amplification trend appeared at the top layer. The 1/3 octave frequency analysis of the top floor showed that the vibration velocity value of the top floor in all directions did not exceed the allowable limit of the code， which met the requirement of human comfort in the building.

Keywords： heavy truck;building vibration;vibration acceleration level;1/3 octave

隨著城市建設(shè)快速發(fā)展，工程運(yùn)輸車在城市中頻繁穿梭，由于其噸位大，產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲不可避免會對周邊的建筑物及居民的生活帶來負(fù)面影響。對工程卡車引起建筑物振動(dòng)進(jìn)行測量和分析，可為控制該振動(dòng)提供依據(jù)。國內(nèi)許多學(xué)者對車輛振動(dòng)進(jìn)行了研究，在軌道交通引起的振動(dòng)分析與評測中，劉維寧等[1]運(yùn)用“地鐵車輛-軌道系統(tǒng)”及“隧道結(jié)構(gòu)-地層系統(tǒng)”的動(dòng)力學(xué)模型，較理想地分析了地鐵列車運(yùn)營時(shí)的地表振動(dòng)響應(yīng)現(xiàn)象。王逢朝等[2]運(yùn)用“列車-軌道系統(tǒng)動(dòng)力分析模型”和“路基-地基土-建筑物動(dòng)力分析模型”，較為理想地對多層建筑物的振動(dòng)幅值進(jìn)行了分析。孫家麒等[3]根據(jù)火車的振動(dòng)強(qiáng)度、振動(dòng)頻率特性和傳遞特性對三層樓層建筑物進(jìn)行了分析評價(jià)并提出了相關(guān)建議。叢波日等[4]選取某地鐵沿線某擬建建筑物，建立有限元模型，并采用隨機(jī)車輛荷載激勵(lì)，分析地鐵振動(dòng)對擬建建筑的影響情況。本文通過對鄭州西四環(huán)道路沿線的一所6層磚混樓房進(jìn)行實(shí)測，基于MATLAB對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得振動(dòng)加速度時(shí)程、頻譜曲線，并將振動(dòng)加速度換算成表征振動(dòng)強(qiáng)度的振動(dòng)加速度級，研究了該工程卡車引起建筑物各樓層的振動(dòng)情況及變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)背景

現(xiàn)場試驗(yàn)于2018年12月在鄭州西四環(huán)植物園附近某道路段進(jìn)行，該路段附近有較多工地，重載卡車來往頻繁，且周圍的新建居民小區(qū)及商業(yè)建筑較為密集。為研究工程卡車對建筑物的振動(dòng)影響，在距振源約40m處，選取一所6層磚混結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行實(shí)測。因該路段土質(zhì)條件基本類似，且汽車車輛較少，對周圍環(huán)境振動(dòng)十分微弱，故不考慮二者對建筑物的影響。本次測量儀器采用由意大利公司MOHO生產(chǎn)，利用地脈動(dòng)儀TROMINO?測量實(shí)際振動(dòng)情況，地脈動(dòng)儀如圖1所示。測量開始前，對儀器進(jìn)行核檢，以保證數(shù)據(jù)采集的可靠性，數(shù)據(jù)采樣頻率為512Hz。為測得重載卡車引起建筑物各樓層的振動(dòng)響應(yīng)，在不同樓層處布置測點(diǎn)，進(jìn)行測試，具體測點(diǎn)布置如圖2所示。由于本次測試車輛較多，考慮到該路段水泥罐車較多，故本文僅對重載水泥罐車產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行研究，其重量為30～45t，車速30～40km/h。

2 數(shù)據(jù)處理及分析

基于MATLAB編制程序進(jìn)行實(shí)測數(shù)據(jù)處理，得出各樓層車輛經(jīng)過時(shí)的振動(dòng)時(shí)程和頻譜曲線，并在此基礎(chǔ)上采用振動(dòng)加速度級來描述各樓層的振動(dòng)強(qiáng)度。

2.1 各向振動(dòng)結(jié)果分析

本次測試采集了1、2、3、4、5、6層的振動(dòng)數(shù)據(jù)，因2、3、4、5中間層加速度時(shí)程和頻譜圖較為相似，為節(jié)約篇幅僅列舉第4層進(jìn)行分析，各樓層振動(dòng)情況如圖3所示。其中圖3（a）（b）（c）為時(shí)程圖，（d）（e）（f）為頻譜圖。

由圖3中各樓層的時(shí)程圖可以看出，水平振動(dòng)響應(yīng)幅值在一至五層變化平緩且差距不大，豎向振動(dòng)幅值大于水平向，樓層振動(dòng)體現(xiàn)在豎向振動(dòng)，在頂層各向振動(dòng)均出現(xiàn)振動(dòng)放大。從頻譜圖看出，樓層水平向振動(dòng)以高頻，主要在60～80Hz，豎向振動(dòng)主要以低頻振動(dòng)為主，主要在40～50Hz。

觀察豎向高頻段加速度幅值，隨樓高增加，幅值出現(xiàn)衰減，中間層及底層對高頻振動(dòng)產(chǎn)生了過濾作用，頂層高頻段幅值放大。

2.2 振動(dòng)加速度級分析

振動(dòng)加速度級是表征振動(dòng)強(qiáng)度的相對指標(biāo)，將采集到的振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換為振動(dòng)加速度級，得到建筑物各層的振動(dòng)強(qiáng)度，以便于分析工程卡車對建筑物的影響。其振動(dòng)加速度級計(jì)算公式如下：

[VAL=20logarms/a0] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中：[VAL]為振動(dòng)加速度級，dB;[a0]為基準(zhǔn)加速度，取[10-6m/s2];[arms]為振動(dòng)加速度有效值，m/s2。

加速度的有效值計(jì)算如下：

[arms=a2（t）=（0Ta2tdt/T）12] ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式（2）中：[T]為振動(dòng)時(shí)長，s;[a2（t）]為實(shí)測加速度值，m/s2;[dt]為積分時(shí)長。

以MATLAB計(jì)算出各樓層各向振動(dòng)加速度級，并繪制出隨樓層高度變化的關(guān)系圖，如圖4所示。

觀察圖4可以得出，隨著樓層的增加，建筑物的振動(dòng)強(qiáng)度起伏變化，中間層振動(dòng)強(qiáng)度變化平緩，頂層各向振動(dòng)均呈現(xiàn)放大的趨勢，振動(dòng)強(qiáng)度最小處為二層X向，振動(dòng)加速度級值為63.9dB，最大強(qiáng)度為六層Y向，其振動(dòng)加速度級為74.7dB?？梢钥闯?，卡車引起各樓層的Y向振動(dòng)最為顯著，故重載卡車引起的Y向振動(dòng)應(yīng)得到重視。

3 結(jié)論

本文通過對水泥罐車行駛引起對周邊建筑物的微振動(dòng)進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。

①在時(shí)程上，豎向加速度幅值大于水平向，建筑物各樓層振動(dòng)影響主要體現(xiàn)在豎直向;在頻域上，樓層水平向振動(dòng)主要為高頻，在60～80Hz，豎直向體現(xiàn)為低頻振動(dòng)，主要在40～50Hz。

②隨樓高增高，Z向高頻段加速度幅值出現(xiàn)衰減，中間層對高頻振動(dòng)產(chǎn)生了過濾作用，頂層高頻段幅值放大。

③結(jié)合1/3倍頻程速度圖，對頂層進(jìn)行分析，振動(dòng)速度值未超過規(guī)范《建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50868—2013）給出的人體舒適性的允許限值。

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[4]叢波日.地鐵運(yùn)行對臨近建筑微振動(dòng)的影響分析[C]//中國力學(xué)學(xué)會，中國振動(dòng)工程學(xué)會，中國航空學(xué)會，等.第九屆全國振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集.杭州：浙江大學(xué)出版社，2007.