鞏虎濤 方慶峰 劉懷才 侯棟友

摘 要：本文以重載貨車(chē)行駛產(chǎn)生地面振動(dòng)情況為研究對(duì)象，選取鄭州市鄭州大學(xué)西四環(huán)路段沿線(xiàn)進(jìn)行實(shí)測(cè)地點(diǎn)，對(duì)重載貨車(chē)產(chǎn)生的振動(dòng)特性進(jìn)行研究和分析，總結(jié)重載貨車(chē)產(chǎn)生地面振動(dòng)的特點(diǎn)及車(chē)輛行駛過(guò)程中的振動(dòng)特性，希望本文的結(jié)果可為相關(guān)部門(mén)研究重載貨車(chē)產(chǎn)生振動(dòng)的環(huán)境評(píng)價(jià)以及減振隔振提供依據(jù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：重載貨車(chē);傅里葉變換;振動(dòng)加速度級(jí)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU435 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）07-0134-03

Abstract： In this paper， the ground vibration caused by heavy-haul trucks was taken as the research object. The vibration characteristics of Heavy-haul trucks were studied and analyzed along the West Fourth Ring Road Section of Zhengzhou University. The characteristics of ground vibration caused by heavy-haul trucks and the vibration characteristics of vehicles during driving were summarized. It is hoped that the results of this paper can provide a basis for the relevant departments to study the environmental evaluation of the vibration of heavy haul trucks and provide guidance for vibration reduction and isolation.

Keywords： heavy-duty truck;Fourier transform;vibration acceleration level

目前，由交通引起的振動(dòng)越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注，交通振動(dòng)所引起的振動(dòng)公害已被列為世界七大環(huán)境公害之一。作為交通運(yùn)輸?shù)囊环N，重載貨車(chē)在為人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也會(huì)不可避免地對(duì)行駛道路周?chē)鼐€(xiàn)居民和建筑物產(chǎn)生振動(dòng)影響。近年來(lái)，較多學(xué)者從不同方面研究了交通振動(dòng)及其影響。羅憶等人[1]基于朔-黃重載鐵路神山高架周邊地面與建筑物的振動(dòng)速度和加速度的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與分析，借鑒薩道夫斯基公式，研究橋墩周邊地面測(cè)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值的傳播與衰減規(guī)律，以及受軸重和車(chē)速的影響，地面和建筑物振動(dòng)響應(yīng)的振動(dòng)規(guī)律。李正川等人[2]通過(guò)有限元建模，采用頻域加載分析方法，計(jì)算得到綜合交通樞紐站臺(tái)和站房的振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律。李慶玲等[3]對(duì)山西省晉祠圣母殿內(nèi)彩塑進(jìn)行了脈動(dòng)和汽車(chē)振動(dòng)測(cè)試，提出了瞬時(shí)振動(dòng)對(duì)晉祠泥質(zhì)彩塑影響的判定等級(jí)和準(zhǔn)則和持久振動(dòng)對(duì)晉祠泥質(zhì)彩塑損傷的判定準(zhǔn)則。楊東等人[4]總結(jié)了國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出變電站振動(dòng)的多指標(biāo)控制及限值要求，并對(duì)同類(lèi)型變壓器、地鐵線(xiàn)路及項(xiàng)目位置地表開(kāi)展振動(dòng)測(cè)試，了解變壓器及項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)情況。同時(shí)，還建立了軌道-土層-建筑物-變壓器三維有限元分析模型進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。李宇東等人[5]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得路面交通振動(dòng)響應(yīng)及結(jié)構(gòu)動(dòng)力放大系數(shù)，同時(shí)建立三維動(dòng)力有限元模型，研究路面交通振動(dòng)對(duì)古建筑的影響。張立彬等人[6]采用移動(dòng)荷載列模擬列車(chē)對(duì)線(xiàn)路的動(dòng)力作用，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定鐵路線(xiàn)路至沿線(xiàn)建筑物的振動(dòng)傳遞規(guī)律，以Duhamel時(shí)程積分及類(lèi)比法計(jì)算列車(chē)通過(guò)時(shí)的振動(dòng)狀態(tài)并評(píng)估其使用安全性。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

本文采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法對(duì)重載貨車(chē)引起的地面振動(dòng)特性進(jìn)行研究。測(cè)試地點(diǎn)為鄭州市鄭州大學(xué)西四環(huán)路段，該路段是重載貨車(chē)運(yùn)輸?shù)闹匾范危瑸檠芯寇?chē)輛振動(dòng)特性提供了良好的條件。場(chǎng)地沿線(xiàn)正在新建高層建筑居民小區(qū)，選取測(cè)量該路段振動(dòng)環(huán)境，可為周邊新建建筑物減振隔振提供依據(jù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。將測(cè)點(diǎn)沿道路進(jìn)行平行布置，共選取4個(gè)測(cè)量點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。測(cè)點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)之間相距50m，測(cè)點(diǎn)垂直道路7.5m。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量采用的是地脈動(dòng)儀TROMINO?，該儀器由意大利MOHO公司生產(chǎn)，可測(cè)量頻率為0.1～1 024Hz。在實(shí)際測(cè)試前，對(duì)儀器進(jìn)行校核，確保采集振動(dòng)數(shù)據(jù)的可靠性。本次數(shù)據(jù)采樣頻率為512Hz，采樣時(shí)長(zhǎng)為8min。

2 地面振動(dòng)特性分析

此次實(shí)測(cè)記錄的各測(cè)點(diǎn)的測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)試車(chē)輛和車(chē)型較多。該測(cè)試場(chǎng)地主要以混凝土攪拌車(chē)為主，故以混凝土攪拌車(chē)為例，研究重載貨車(chē)的振動(dòng)特性。由于測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2、測(cè)點(diǎn)3和測(cè)點(diǎn)4時(shí)程和頻譜幅值相差不大，為節(jié)約篇幅，僅分析測(cè)點(diǎn)1處的車(chē)輛振動(dòng)。

2.1 車(chē)輛振動(dòng)的時(shí)域和頻域分析

測(cè)點(diǎn)1的時(shí)程和頻譜圖如圖2所示。

從圖2（a）可知，豎向（Z向）振動(dòng)加速度明顯大于水平向（X向和Y向），這與張琪昌等人[7]得出的結(jié)論水平向和豎向數(shù)值對(duì)比基本相符。各測(cè)點(diǎn)在水平向的加速度幅值差別較小，重載貨車(chē)產(chǎn)生地面振動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在豎向振動(dòng)加速度上。

從圖2（b）可知，水平向（X向和Y向）振動(dòng)有一個(gè)明顯的高頻和低頻區(qū)段，且振動(dòng)加速度幅值隨頻率變化規(guī)律大致相同，高頻和低頻峰值大小較為接近;豎向（Z向）體現(xiàn)為低頻振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，振動(dòng)峰值主要集中在低頻區(qū)域10～20Hz，高頻振動(dòng)不明顯?？梢?jiàn)，重載貨車(chē)產(chǎn)生的振動(dòng)特性主要體現(xiàn)在水平向（X向和Y向）低頻和高頻區(qū)段振動(dòng)，豎向（Z向）低頻振動(dòng)。低頻集中區(qū)段為10～20Hz，高頻集中區(qū)段為60～70Hz。

2.2 振動(dòng)加速度級(jí)分析

為了更好地分析反映各實(shí)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)強(qiáng)度，將采集到的各實(shí)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)加速度換算成振動(dòng)加速度級(jí)，振動(dòng)加速度級(jí)計(jì)算公式[8]為：

[arms=a2t=0Ta2tdt/T] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中：[arms]為加速度的有效值（[m/s2]）;[T]為振動(dòng)時(shí)長(zhǎng)（s）;[a]為基準(zhǔn)加速度取值為10-6m/s2。

由于車(chē)輛經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)的振動(dòng)時(shí)長(zhǎng)為1～3s，因此，為研究重載貨車(chē)進(jìn)入測(cè)點(diǎn)和離開(kāi)時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度關(guān)系，截取重載貨車(chē)通過(guò)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)波形時(shí)間，以0.2s為單位長(zhǎng)度，將振動(dòng)時(shí)間進(jìn)行細(xì)分，并用振動(dòng)加速度級(jí)表征車(chē)輛振動(dòng)的強(qiáng)度?；贛ATLAB編寫(xiě)程序計(jì)算測(cè)點(diǎn)1處各向振動(dòng)加速度級(jí)，并繪制如圖3所示的振動(dòng)加速度級(jí)圖。

通過(guò)觀察測(cè)點(diǎn)1水平向和豎直向的振動(dòng)加速度級(jí)隨車(chē)輛接近測(cè)點(diǎn)和遠(yuǎn)離測(cè)點(diǎn)變化的折線(xiàn)圖可得：豎直振動(dòng)加速度級(jí)主要分布在75～90dB的區(qū)段，水平向主要分布在65～80dB的區(qū)段，且豎直向的振動(dòng)加速度級(jí)高于水平向;振動(dòng)加速度級(jí)的大小與重載貨車(chē)距測(cè)點(diǎn)的距離有關(guān)，隨車(chē)輛接近測(cè)點(diǎn)，振動(dòng)加速度級(jí)逐漸增加，當(dāng)車(chē)輛到達(dá)測(cè)點(diǎn)時(shí)，達(dá)到最大，隨后遠(yuǎn)離測(cè)點(diǎn)，振動(dòng)強(qiáng)度降低。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)鄭州市鄭州大學(xué)西四環(huán)道路沿線(xiàn)重載貨車(chē)行駛對(duì)地面振動(dòng)的特性進(jìn)行研究，同時(shí)結(jié)合振動(dòng)加速度級(jí)，可以得到以下結(jié)論。

①通過(guò)對(duì)重載貨車(chē)道路沿線(xiàn)的區(qū)段進(jìn)行實(shí)測(cè)可得出，重載貨車(chē)產(chǎn)生地面振動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在豎直向加速度上，并且豎向明顯大于水平向，主要集中在低頻區(qū)域10～20Hz。

②水平方向的振動(dòng)幅值規(guī)律大致相同，且水平向上有明顯的高頻區(qū)段和低頻區(qū)段。低頻振動(dòng)區(qū)域在10～20Hz，高頻振動(dòng)在60～70Hz。

③對(duì)比背景振動(dòng)，車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)，地面出現(xiàn)較大的振動(dòng)響應(yīng)，因此重載貨車(chē)引起的環(huán)境振動(dòng)需要受到重視。測(cè)點(diǎn)處數(shù)據(jù)分析而得的振動(dòng)加速度級(jí)大小與重載貨車(chē)至測(cè)點(diǎn)的距離有關(guān)：隨車(chē)輛接近測(cè)點(diǎn)，振動(dòng)加速度級(jí)逐漸增加;當(dāng)車(chē)輛到達(dá)測(cè)點(diǎn)時(shí)，達(dá)到最大;隨后遠(yuǎn)離測(cè)點(diǎn)，振動(dòng)強(qiáng)度降低。

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