基于钢弹簧隔振系统框架结构地铁振动响应研究
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摘 要：文章为研究基于钢弹簧隔振系统的框架结构受地铁振动响应规律，以某框架结构宿舍楼为例，在SAP2000软件建立了多工况有限元模型，分析钢弹簧隔振系统刚度、阻尼和框架结构混凝土强度等级、层高、楼层总数等参数的改变对框架结构地铁振动响应的影响。结果表明：在钢弹簧隔振系统特性中，增大刚度和阻尼会对框架结构受地铁振动产生不利影响。在框架结构特性中，增大混凝土强度等级会对框架结构受地铁振动产生有利影响;层高、楼层总数的改变并未产生明显单调变化规律。
关键词：钢弹簧隔振系统;地铁振动;框架结构;响应规律
中图分类号：U231 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）15-0077-02
Abstract： In order to study the vibration response law of the frame structure based on the steel spring vibration isolation system， this paper takes a frame structure dormitory as an example， tries to establish a multi-case finite element model in SAP2000 software to analyze the rigidity， damping and frame of the steel spring vibration isolation system， and analyzes the influence of structural concrete strength grade， layer height， total number of floors and other parameters on the vibration response of frame structure subway. The results show that in the characteristics of the steel spring vibration isolation system， increasing the rigidity and damping will adversely affect the frame structure due to subway vibration; in the characteristics of the frame structure， increasing the concrete strength level will have a beneficial effect on the frame structure due to subway vibration; changes in floor height and total number of floors do not produce obvious monotonic changes.
Keywords： steel spring vibration isolation system; subway vibration; frame structure; response law
引言
自20世紀50年代，特别是70年代以来，世界各地的城市都开始发展地下铁路模式。这虽然给我们生活带来诸多便利，但同时也带来一些环境问题，如振动和噪声就尤为突出。如建筑物受地铁振动影响常会出现墙壁开裂、墙皮脱落等危及建筑结构安全性的现象[1，2]。
近年来，国内学者对建筑物受地铁振动响应做出了大量研究。罗权[3]、皇甫婵媛等[4]对框架结构、剪力墙结构受地铁振动相应进行了研究。
本论文在其他学者研究的基础上，提出了基于钢弹簧隔振系统的框架结构地铁振动响应研究。通过对钢弹簧隔振系统和框架结构两方面特性参数的分析，在SAP2000[5]建立多工况模型，在结构各层相同位置均选取参考点并以Z振级为评价量，得到了一些有意义的结论，具有一定的参考价值。
1 钢弹簧隔振系统特性对振动响应的影响
钢弹簧隔振器的竖向刚度由受压弹簧的压缩量决定，弹簧压缩量越大，隔振支座刚度越小;弹簧压缩量越小，隔振支座刚度越大。
以隔振系统刚度为单一变量，软件中分别建立弹簧压缩量为20mm、25mm、30mm、35mm、40mm共五种计算模型，研究刚度变化对框架结构地铁振动响应的影响，绘制数据如图1所示。
随着弹簧压缩量的增大，Z振级线性减小，这说明降低隔振系统刚度可有效减小结构受地铁振动不利影响。
以隔振系统阻尼为单一变量，分别建立阻尼系数为0、500、1000、1500、2000（KN（mm/s））共五种计算模型，研究阻尼变化对框架结构地铁振动响应的影响，绘制数据如图2所示。
随着阻尼的增大，Z振级逐渐上升，上升幅度逐渐降低。这说明增大隔振系统阻尼会对结构振动响应产生不利影响。
2 框架结构自身特性对振动响应的影响
基本模型参数：混凝土强度等级为C30;楼层总数为6层;层高为3m;板厚100mm;柱截面500×500mm;梁截面250×500mm。建立多工况模型均基于弹簧压缩量20mm时刚度值。
分别以混凝土强度等级、楼层总数、层高为单一变量，其他各参数均保持不变，共建立15个模型（混凝土强度等级：C20、C30、C40、C50、C60;楼层总数：6、8、10、12、14;层高：3.0m、3.5m、4.0m、4.5m、5.0m）研究混凝土强度等级、楼层总数、层高的变化对框架结构地铁振动响应的影响。分别对各参数变化数据进行绘制，如图3～图5所示。
随着混凝土强度等级的提高，结构各层Z振级均出现下降趋势，这说明提高混凝土强度，会对结构受地铁振动响应产生有利影响。
随着楼层总数的增大，整体Z振级出现先减小后增大的趋势，并未发现明显单调变化规律。
随着层高的增大，Z振级在3层附近出现转折点，转折点以下楼层Z振级随层高的增大而增大，转折点以上楼层Z振级随层高的增大而减小。
3 结论
由以上分析可以看出，在基于钢弹簧隔振系统框架结构地铁振动响应研究中，增大钢弹簧隔振系统刚度和阻尼会对框架结构受地铁振动响应产生不利影响;增大结构自身混凝土强度等级会对框架结构受地铁振动产生有利影响;楼层总数和层高的改变并未对框架结构受地铁振动响应产生明显单调变化规律。
参考文献：
[1]夏禾，曹艳梅.轨道交通引起的环境振动问题[J].铁道科学与工程学报，2004（1）：102-104.
[2]田春芝.地铁振动对周围建筑物影响的研究概况[J].铁路节能环保与安全卫生，2000（1）：67-70.
[3]罗权.地铁振动激励下两种结构形式的振动响应分析[D].广州：华南理工大学，2018.
[4]皇甫婵媛.地铁振动激励下地面及地上建筑结构的响应研究[D]. 广州：华南理工大学，2014
[5]北京金土木软件技术有限公司.SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社，2012.
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