[发明专利]一种地铁临近古建筑振动控制结构的设计方法

说明书

本发明提供了一种地铁临近古建筑振动控制结构的设计方法，包括如下步骤：(a)根据已运行的相似地铁路段，建立相应的地铁隧道‑土层有限元分析模型；(b)实测所述已运行的相似地铁路段中控制点振动响应，利用实测值来比较和校核步骤(a)中振动的计算值；(c)建立古建筑有限元分析模型；(d)实测古建筑动力特性，利用实测值来比较和校核步骤(c)中基本频率的计算值；(e)将古建筑和隔振层作为整体结构建模，比较调整隔振层的相关参数；以及(f)依据步骤(a)～(e)，建立隧道‑土层‑古建筑有限元分析模型，该设计方法可有效降低地铁振动对临近古建筑的影响，满足古建筑振动控制需求。

技术领域

本发明属于建筑结构振动控制技术领域，具体涉及一种古建筑振动控制结构的设计方法

背景技术

目前作为城市主干线的地铁正在如火如荼的大规模建设，因客流以及线网等因素不得不靠近或穿越一些敏感的建筑物，其中就包括古建筑。而古建筑物由于千百年自然环境的影响，其结构耐久性已大幅度衰减，尤其对振动更加敏感。这种持久性的小幅振动虽然不会像地震一样瞬间引起结构严重损伤甚至倒塌，但是随着时间的推移，日积月累，也可能会因为振动次数巨大而产生疲劳损伤，进而导致古建筑的破坏。因此，既要保证实现地铁规划线路，又要保证古建筑的安全，是个日益突出的问题。

传统的振动控制方法一般会从振源减振控制、振动传播途径控制、受保护建筑物控制三方面单独或者综合考虑地铁振动的控制。但是这种方法目前还没有一套统一的标准和设计流程，一般都是依靠过往的经验进行控振设计或直接照搬相似已建工程方案，对象没有针对性，方法缺乏科学性和合理性，往往造成设计的方案达不到预期的振动控制效果，依然存在一定的安全隐患，建筑物可能仍然不能正常使用，甚至极个别的还需要返工以及再次设计，引起成本的急剧增加。因此，减小地铁振动对临近古建筑的影响，不仅需要一套安全有效、实施方便的振动控制技术措施，更需要科学合理的设计方法。

发明内容

为弥补上述现有技术的不足，本发明提出了一种地铁临近古建筑振动控制结构及设计方法，以满足古建筑振动控制需求，减轻地铁诱发振动对临近古建筑造成的不利影响。

根据本发明的一方面，提供一种铁临近古建筑振动控制结构的设计方法，其中，振动控制结构包括在地铁隧道结构(1)内设置的减振道床、在所述古建筑(2)底部设置的隔振层以及在所述地铁隧道结构和古建筑之间的土层中设置隔振桩(5)，所述方法包括如下步骤：

(a)根据已运行的相似地铁路段，建立相应的地铁隧道-土层有限元分析模型，施加列车荷载，计算隧道内壁以及土层表面控制点的振动响应；

(b)实测所述已运行的相似地铁路段中控制点振动响应，利用实测值来比较和校核步骤(a)中振动的计算值，确保地铁隧道-土层有限元分析模型能够有效计算地铁的环境振动；

(c)建立古建筑有限元分析模型，进行模态分析，计算结构各阶振型的基本频率；

(d)实测古建筑动力特性，利用实测值来比较和校核步骤(c)中基本频率的计算值，确保古建筑有限元分析模型能够有效反映结构的振动响应；

(e)将古建筑和隔振层作为整体结构建模，比较调整隔振层的相关参数，通过整体结构模态计算，确保整体结构整体振型质量参与系数最大化；以及

(f)依据步骤(a)～(e)，建立隧道-土层-古建筑有限元分析模型，进行地铁振动荷载验算，比较调整钢弹簧浮置板道床、隔振桩以及隔振层的相关参数，以满足古建筑振动控制标准。

根据本发明的实施方案，所述步骤(a)建模时有限元模型的人工截断边界可以采用弹簧阻尼边界。另外，所述步骤(a)建模时可以将实际土层简化为水平成层的土层，当不同土层的动力参数和土性相近时，宜将相邻层合并为一层建模分析；振源附近以及所关心的控制点范围内的有限元网格尺寸划分较细，随着距离的增加网格尺寸逐渐增加。