重載鐵路振動(dòng)對(duì)沿線建筑物結(jié)構(gòu)影響試驗(yàn)

孟 鑫，劉鵬輝，姚京川，尹 京

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

重載鐵路振動(dòng)對(duì)沿線建筑物結(jié)構(gòu)影響試驗(yàn)

孟 鑫，劉鵬輝，姚京川，尹 京

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

選取重載鐵路沿線四處有代表性的單層磚混結(jié)構(gòu)建筑物為研究對(duì)象，建筑物中心距離鐵路分別為6.5 m、15 m、26 m、38 m，其中15 m處的建筑物可作為鐵路振動(dòng)引起建筑物損傷的典型樣本。對(duì)由列車引發(fā)的建筑物基礎(chǔ)和屋頂處的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和分析，并將峰值振動(dòng)速度PPV實(shí)測(cè)結(jié)果與中外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，當(dāng)峰值振動(dòng)速度PPV超出GB 50868-2013中的第三類振動(dòng)限值時(shí)，會(huì)對(duì)我國鐵路沿線“建造質(zhì)量較差的建筑”產(chǎn)生損害。

振動(dòng)與波；重載鐵路；建筑物；試驗(yàn)研究

近年來，我國高速鐵路和重載鐵路的建設(shè)蓬勃發(fā)展，鐵路產(chǎn)業(yè)迅速壯大，建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大。目前，我國高速鐵路動(dòng)車組列車的最高運(yùn)營速度為300 km/h，貨物列車軸重達(dá)到25 t、牽引質(zhì)量2萬～3萬噸，并將發(fā)展30 t軸重的重載鐵路。隨著高速列車速度的提高和重載列車軸重及牽引質(zhì)量的增大，由列車引起的振動(dòng)對(duì)沿線建筑物結(jié)構(gòu)的影響引起了人們的普遍關(guān)注[1，2]。

鐵路列車作用下引起的振動(dòng)不同于地震荷載，一般不會(huì)導(dǎo)致建筑物的倒塌，但是鐵路引起的振動(dòng)作用時(shí)間長且反復(fù)發(fā)生，這樣的小幅振動(dòng)的反復(fù)作用同樣會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損害，導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫甚至引起結(jié)構(gòu)變形，使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，影響結(jié)構(gòu)物的安全和正常使用。一般情況下，由振動(dòng)引起的建筑物損傷主要是淺表性的。國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4866：2010[3]將振動(dòng)引起的建筑物損傷分為三類：

（1）淺表性損傷：在清水墻表面上產(chǎn)生的發(fā)絲裂縫，在粉刷層或清水墻表面上有裂縫的發(fā)展；此外，在磚或混凝土砌塊結(jié)構(gòu)的灰縫中出現(xiàn)的發(fā)絲裂縫；

（2）較小損傷：粉刷或清水墻表面產(chǎn)生的較大的裂縫、松散和剝落，貫通磚或混凝土砌塊的裂縫；

（3）較大損傷：建筑物構(gòu)件的損傷，承重柱的開裂，節(jié)點(diǎn)的酥松，磚石裂縫的擴(kuò)展等。

質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和振動(dòng)頻率與建筑物破壞有著密切的關(guān)系，能直接反映振動(dòng)能量大小，在建筑物的振動(dòng)評(píng)價(jià)中起著重要作用[4]。在各國標(biāo)準(zhǔn)中大多按照不同建筑物分類，采用與振動(dòng)頻率相關(guān)的峰值振動(dòng)速度PPV（Particle Peak Velocity）作為限值。PPV為振動(dòng)速度時(shí)域波形的絕對(duì)值的最大值，能較好的反映建筑物所產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力。通過對(duì)重載鐵路沿線四處有代表性的單層磚混結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，分析由列車引發(fā)的建筑物振動(dòng)響應(yīng)和衰減規(guī)律，并將PPV實(shí)測(cè)結(jié)果與中外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，找出適用于我國鐵路沿線“建造質(zhì)量較差建筑”的峰值振動(dòng)速度PPV的“安全閥值”。

1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)場(chǎng)地選在重載沿線鐵路養(yǎng)護(hù)工區(qū)附近，為高原地貌，土質(zhì)從上至下依次為碎石夾土、白云巖，地下5 m深度為基巖，場(chǎng)地平坦、開闊，軌面與房屋基礎(chǔ)平面基本處于同一高度。建筑物為單層磚混結(jié)構(gòu)，可歸為“建造質(zhì)量較差的建筑”，其特點(diǎn)為：沿線居民的自建房屋，主要為磚木或磚混、單層砌體結(jié)構(gòu)；房齡較長，未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)、施工，建材質(zhì)量較差、地基未做或僅進(jìn)行簡單加固處理。也可描述為“城市舊房和鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)自行建造的建筑物”[5]。該類建筑物在我國鐵路沿線最為常見，所占比例較大。

四處房屋距離鐵路外軌分別為6.5 m、15 m、26 m、38 m，根據(jù)其使用功能，可依次命名為監(jiān)控室、庫房、鍋爐房、小房，房屋概況見表1，房屋現(xiàn)場(chǎng)照片見圖1。

圖1 房屋狀況現(xiàn)場(chǎng)照片

表1 房屋狀況調(diào)查

所測(cè)試4處房屋中，距鐵路外軌15 m處的“庫房”開裂最為嚴(yán)重，存在多處擴(kuò)展性裂縫；6.5 m處“監(jiān)控室”次之，在墻體抹灰層表面存在大量發(fā)絲狀裂縫，在墻體接縫處抹灰層存在豎向開裂；其余2處房屋開裂狀況較輕。

開裂嚴(yán)重的“庫房”四周墻體命名為A—D墻，見圖2所示。房屋存在多處“較小的”和“較大的”開裂區(qū)，平行于鐵路的A墻和垂直于鐵路的D墻均存在較多墻體開裂區(qū)域，裂縫分布見圖3。裂縫集中在門窗的上部、拐角處，門的上方存在開裂集中區(qū)域。裂縫大多沿磚縫呈斜向開裂，最長約3.4 m，個(gè)別位置處裂縫貫穿墻體。房屋四周基礎(chǔ)底部未見裂縫。B墻裂縫較少且較短。C墻上無門窗布置，未見明顯開裂區(qū)域。

圖2 房屋位置及測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖3 “庫房”墻體裂縫分布示意圖

根據(jù)“庫房”墻體裂縫分布位置和開裂擴(kuò)展情況，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘，可排除墻體開裂是由于地基沉降、建造質(zhì)量、建材等因素引起的，分析認(rèn)為“庫房”墻體開裂與運(yùn)營列車引起的振動(dòng)有相關(guān)性，墻體開裂可作為重載列車運(yùn)營引起建筑物損傷的典型樣本，對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試可為今后制定振動(dòng)限值提供參考。

所測(cè)試的重載鐵路為單線，有砟軌道，無縫線路，60 kg/m鋼軌，共測(cè)試運(yùn)營貨列19趟，其中8趟重車、11趟空車。牽引機(jī)車均為SS 4型；重車編組均為C 80貨車，軸重25 t，速度為54.1 km/h～76.3 km/ h；空車速度為59.5 km/h～78.3 km/h，列車種類有C 80、C 70、C 62、C 64。

在房屋基礎(chǔ)和屋頂中心處各放置橫、豎向速度傳感器進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置情況見圖2。為兼顧房屋位置、關(guān)注距離、不影響房屋使用等因素，將測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整。每個(gè)測(cè)點(diǎn)放置橫向、豎向振動(dòng)傳感器各一個(gè)，橫向傳感器垂直于線路方向，用粘結(jié)劑使傳感器與結(jié)構(gòu)物緊密連接。振動(dòng)傳感器與抗混迭濾波放大器匹配使用，試驗(yàn)采用的測(cè)試系統(tǒng)的通頻帶、量程、分辨率、抗干擾、率定等方面性能滿足測(cè)試要求。

對(duì)振動(dòng)時(shí)域波形進(jìn)行分析時(shí)，首先對(duì)測(cè)試波形預(yù)檢，去掉奇異項(xiàng)，修正零線飄移、趨勢(shì)等誤差，確認(rèn)非失真的波形。讀取峰值振動(dòng)速度PPV時(shí)，取單峰值的最大絕對(duì)值。頻率分析主要采用1/3倍頻程譜分析，用中心頻率點(diǎn)的振動(dòng)量值替代某一頻段內(nèi)的振動(dòng)水平，它的縱坐標(biāo)是有效值，可以反映處該頻段的振動(dòng)能量，是一種能量譜，通常1/3倍頻程曲線橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)[6]。頻率分析時(shí)，對(duì)參數(shù)設(shè)置、波形截取等進(jìn)行統(tǒng)一。

2 建筑物基礎(chǔ)振動(dòng)

2.1 峰值速度隨距離的衰減

各基礎(chǔ)測(cè)點(diǎn)處的橫向、豎向PPV與距離的衰減關(guān)系見表2，給出了所有測(cè)得的貨列重車、空車，由于運(yùn)營貨列的牽引機(jī)車不固定、貨車種類混雜、編組各異、軸重不固定，以致在5 m、15 m測(cè)點(diǎn)處峰值振動(dòng)速度較為離散，在29 m、38 m測(cè)點(diǎn)處峰值振動(dòng)速度變化較小。

表2 所有列車經(jīng)過時(shí)各基礎(chǔ)處測(cè)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度表

由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，基礎(chǔ)處豎向與橫向峰值振動(dòng)速度數(shù)值大小相當(dāng)；在5 m～15 m區(qū)域內(nèi)峰值振動(dòng)速度無明顯衰減，部分車次在15 m處振動(dòng)速度出現(xiàn)局部放大，這主要是與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、基礎(chǔ)狀況相關(guān)；15 m～29 m內(nèi)基礎(chǔ)處振動(dòng)峰值衰減最為顯著，在29 m及更遠(yuǎn)區(qū)域，振動(dòng)速度衰減趨緩，振動(dòng)速度小于0.4 mm/s。

2.2 峰值速度與列車速度的關(guān)系

選取8趟運(yùn)營貨列重車振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，行車速度為54.1 km/h～76.3 km/h，各測(cè)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度與行車速度關(guān)系如下圖4圖—5所示，運(yùn)營貨列重車以不同速度經(jīng)過時(shí)，基礎(chǔ)處各測(cè)點(diǎn)橫向峰值振動(dòng)速度與行車速度關(guān)系不明顯。5 m、15 m處測(cè)點(diǎn)的豎向峰值振動(dòng)速度隨行車速度的提高有增大趨勢(shì)，但測(cè)試數(shù)據(jù)較為離散，同樣時(shí)由于機(jī)車和編組不同、軸重不確定等因素引起。

圖4 橫向峰值振動(dòng)速度與行車速度關(guān)系圖

圖5 基礎(chǔ)處豎向峰值振動(dòng)速度與行車速度關(guān)系圖

2.3 頻域分析

運(yùn)營貨列重車引起基礎(chǔ)處橫向和豎向振動(dòng)速度1/3倍頻程頻譜見圖6—圖7。距離外軌5 m、15 m的基礎(chǔ)處振動(dòng)速度呈寬頻特征，以20 Hz～100 Hz頻率成分為主；在距離外軌29 m、38 m的基礎(chǔ)處以低頻振動(dòng)為主，以20 Hz～31.5 Hz頻率成分為主；各中心頻率振動(dòng)速度隨振源距離的增加整體呈衰減趨勢(shì)，高頻成分的振動(dòng)衰減比低頻更快；20 Hz～50 Hz頻率成分的振動(dòng)在15 m處存在局部放大現(xiàn)象。

圖6 橫向振動(dòng)速度1/3倍頻程頻譜圖

圖7 豎向振動(dòng)速度1/3倍頻程頻譜圖

鐵路運(yùn)營引起的地面振動(dòng)頻率較寬，且具有一些特征頻率[7]。當(dāng)列車以固定速度通過時(shí)，由于其軸重荷載的規(guī)則性排列，會(huì)產(chǎn)生周期性的動(dòng)力作用，列車的豎向加載頻率主要取決于列車速度v（km/h）和軸距d（m），加載頻率為 f=v/（3.6·d），貨物列車引起的豎向振動(dòng)主要是由于轉(zhuǎn)向架內(nèi)軸距、轉(zhuǎn)向架間軸距引起的。在列車速度不超過80 km/h時(shí)，由軸重的規(guī)則性排列產(chǎn)生的振動(dòng)頻率成分集中在12 Hz以內(nèi)。實(shí)測(cè)5 m測(cè)點(diǎn)處豎向振動(dòng)表現(xiàn)最為明顯。

3 建筑物屋頂處振動(dòng)

選取8趟運(yùn)營貨列重車振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，房屋基礎(chǔ)、屋頂處峰值振動(dòng)速度見表3?！氨O(jiān)控室”、“鍋爐房”、“小房”三處房屋基礎(chǔ)處的橫向、豎向峰值振動(dòng)速度小于屋頂處的峰值振動(dòng)速度，說明當(dāng)鐵路引起的振動(dòng)經(jīng)房屋基礎(chǔ)傳遞到屋頂時(shí)，振動(dòng)響應(yīng)會(huì)有一定放大?！皫旆俊蔽蓓斕帣M向振動(dòng)響應(yīng)與其它建筑物有所區(qū)別。各處建筑物屋頂處振動(dòng)以低頻為主，以房屋自振頻率為主，高頻響應(yīng)不明顯。

表3 8趟運(yùn)營重車作用下基礎(chǔ)、屋頂測(cè)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度表

4 鐵路振動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的評(píng)價(jià)

4.1 國內(nèi)外相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

振動(dòng)引起的建筑物損傷不僅取決于地面振動(dòng)的劇烈程度，而且受到建筑本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、建材特性以及動(dòng)力特征的影響。由于建筑物種類的繁雜，針對(duì)各類建筑物分別提出振動(dòng)限值較為困難。因此，各國標(biāo)準(zhǔn)中普遍對(duì)建筑物進(jìn)行歸類，并對(duì)應(yīng)提出限值，方便實(shí)際應(yīng)用。由于各國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，其對(duì)建筑物的特征、分類、振動(dòng)限值均有較大差異。目前大多數(shù)國家采用峰值振動(dòng)速度PPV作為防止建筑物振動(dòng)損傷的控制指標(biāo)，振動(dòng)限值大致呈現(xiàn)隨頻率升高而增大的趨勢(shì)。其中，德國DIN 4150-3：1993[8]和英國BS 7385-2：1993[9]使用較為廣泛。

我國GB 50868-2013[5]建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》中，對(duì)建筑物的分類及容許值主要參考了德國標(biāo)準(zhǔn)DIN 4150-3:1993，給出了更為嚴(yán)格的關(guān)于交通（公路、鐵路和城市軌道交通）引起的振動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的容許限值，見表4。評(píng)價(jià)頻率范圍取1 Hz～100 Hz，評(píng)價(jià)參數(shù)和位置為：

（1）建筑物頂層樓面中心位置處水平向兩個(gè)主軸方向的振動(dòng)速度峰值及其對(duì)應(yīng)頻率。

（2）建筑物基礎(chǔ)處豎向和水平向兩個(gè)主軸方向的振動(dòng)速度峰值及其對(duì)應(yīng)頻率。無法在基礎(chǔ)處時(shí)，可取最底層主要承重外墻的底部。

對(duì)于未達(dá)到國家現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的城市舊房和鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)自行建造的房屋的容許振動(dòng)值，宜按“居住建筑”限值的70%確定。

表4 交通振動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響的容許振動(dòng)值

4.2 實(shí)測(cè)建筑物振動(dòng)與國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

實(shí)測(cè)所有列車經(jīng)過時(shí)引起四處房屋基礎(chǔ)、屋頂處實(shí)測(cè)峰值振動(dòng)速度和對(duì)應(yīng)頻率，按各標(biāo)準(zhǔn)中限值進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)測(cè)峰值振動(dòng)速度、對(duì)應(yīng)頻率和標(biāo)準(zhǔn)限值繪制在圖8—圖10中。以德國標(biāo)準(zhǔn)中第三類建筑物的短期振動(dòng)、長期振動(dòng)限值和英國標(biāo)準(zhǔn)第二類建筑物基礎(chǔ)處短期振動(dòng)限值作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。DIN 4150-3：1993中的第三類限值小于第一、二類限值。BS 7385-2：1993中限值較大，即便按50%折減后，基礎(chǔ)處第二類限值仍遠(yuǎn)大于德國標(biāo)準(zhǔn)中的第三類限值。

圖8 基礎(chǔ)處PPV與英國、德國標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比圖

圖9 基礎(chǔ)處PPV與中國標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比圖

圖10 屋頂處PPV與中國標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比圖

選用BS 7385-2：1993和DIN 4150-3：1993標(biāo)準(zhǔn)中最嚴(yán)格的限值，實(shí)測(cè)數(shù)值最大的“庫房”基礎(chǔ)處峰值振動(dòng)速度與限值仍存在較大的差距，但房屋本身存在大量開裂，說明英國、德國標(biāo)準(zhǔn)中的限值并不適用于我國鐵路沿線建筑物結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響評(píng)價(jià)。

按GB 50868-2013標(biāo)準(zhǔn)中限值進(jìn)行評(píng)價(jià)，為方便對(duì)比，基礎(chǔ)處增加了“DIN 4150-3：1993”中第三類限值，屋頂處增加了“DIN 4150-3：1993”中短期和長期振動(dòng)限值，基礎(chǔ)和屋頂PPV與限值對(duì)比見圖9—圖10。

測(cè)試四處房屋中，距鐵路較遠(yuǎn)處“鍋爐房”（29 m）和“小房”（38 m）基礎(chǔ)處峰值振動(dòng)速度遠(yuǎn)小于GB 50868-2013中最小的第三類振動(dòng)限值，其峰值振動(dòng)速度對(duì)應(yīng)頻率集中在20 Hz～35 Hz之間。距鐵路較近的“庫房”（15 m）基礎(chǔ)處峰值振動(dòng)速度存在部分車次超出GB 50868-2013中最小的第三類振動(dòng)限值，接近標(biāo)準(zhǔn)中第二類振動(dòng)限值的70%，其峰值振動(dòng)速度對(duì)應(yīng)頻率集中在25 Hz～40 Hz之間。距離鐵路最近的“監(jiān)控室”（5 m）基礎(chǔ)處峰值振動(dòng)速度與“庫房”（15 m）處數(shù)值大小相當(dāng)，其峰值振動(dòng)速度對(duì)應(yīng)頻率范圍較寬，在20 Hz～80 Hz之間，由于標(biāo)準(zhǔn)中限值隨頻率提高而增大，實(shí)測(cè)數(shù)值接近但并未超出第三類限值。

由測(cè)試四處屋頂處的橫向峰值振動(dòng)速度分布情況可知，“庫房”（15 m）、“鍋爐房”（29 m）和“小房”（38 m）屋頂處峰值振動(dòng)速度小于GB 50868-2013中最小的第三類振動(dòng)限值，且存在一定差距，其峰值振動(dòng)速度對(duì)應(yīng)頻率集中在10 Hz～30 Hz之間。距離鐵路最近的“監(jiān)控室”（6.5 m）屋頂處峰值振動(dòng)速度大于其余三處，接近GB 50868-2013中最小的第三類振動(dòng)限值，其峰值振動(dòng)速度對(duì)應(yīng)頻率集中在8 Hz～12 Hz之間。

測(cè)試結(jié)果表明：離鐵路較近的“監(jiān)控室”、“庫房”處實(shí)測(cè)峰值振動(dòng)速度PPV數(shù)值較大，結(jié)合裂縫分布位置和開裂擴(kuò)展情況，可認(rèn)為房屋結(jié)構(gòu)損傷與鐵路振動(dòng)有相關(guān)性。離鐵路較遠(yuǎn)的“鍋爐房”、“小房”處實(shí)測(cè)峰值振動(dòng)速度PPV較小，可認(rèn)為房屋表面裂縫與鐵路振動(dòng)相關(guān)性較小。

4.3 鐵路振動(dòng)對(duì)建筑物的影響分析

我國鐵路沿線的“建造質(zhì)量較差的建筑”，按照GB 50868-2013中要求，容許振動(dòng)限值應(yīng)取第二類“居住建筑”限值的70%，但實(shí)測(cè)結(jié)果表明建筑物振動(dòng)響應(yīng)最大處“庫房”接近但并未超過該限值，條文說明中提到“經(jīng)驗(yàn)表明，如果不超過限值，建筑物不會(huì)發(fā)生損傷”，這與實(shí)際情況不符。從安全角度出發(fā)，結(jié)合本次試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)制定更為嚴(yán)格的限值以保證建筑物的安全使用?！皫旆俊笨勺鳛殍F路振動(dòng)引起建筑物損傷的典型樣本。

雖然GB 50868-2013中最嚴(yán)格的第三類振動(dòng)限值是針對(duì)“對(duì)振動(dòng)敏感、具有保護(hù)價(jià)值”的建筑物，但實(shí)測(cè)“監(jiān)控室”、“庫房”基礎(chǔ)處峰值振動(dòng)速度PPV已經(jīng)接近或超過該限值，說明當(dāng)建筑物振動(dòng)速度接近或超過此限值時(shí)應(yīng)引起重視，用第三類振動(dòng)限值作為“建造質(zhì)量較差建筑”的“安全閥值”符合實(shí)際情況，也更安全。由于此類建筑在鐵路沿線建筑物中所占比例較大，此“安全閥值”具有實(shí)際意義。

鐵路振動(dòng)對(duì)沿線建筑的影響較為復(fù)雜、隨機(jī)性較大，影響振動(dòng)產(chǎn)生及傳播的不確定因素很多，鐵路沿線建筑物種類繁雜、數(shù)量龐大，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能多的選取有代表性的建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。通過大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合數(shù)值模擬方法，對(duì)建筑物容許振動(dòng)限值、評(píng)價(jià)方法進(jìn)行修改完善。

5 結(jié)語

通過對(duì)重載鐵路沿線典型的單層砌體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)合國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行振動(dòng)影響評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：

（1）在距離外軌5 m、15 m的建筑物基礎(chǔ)處振動(dòng)速度在20 Hz～100 Hz呈寬頻特征；在距離外軌29 m、38 m的基礎(chǔ)處以低頻振動(dòng)為主，主頻在20 Hz～31.5 Hz范圍內(nèi)。在15 m～29 m區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)處振動(dòng)峰值衰減最為顯著，在29 m及更遠(yuǎn)區(qū)域，振動(dòng)速度衰減趨緩，振動(dòng)速度小于0.4 mm/s。5 m、15 m處基礎(chǔ)處豎向峰值振動(dòng)速度隨行車速度的提高有增大趨勢(shì)。單層砌體建筑屋頂振動(dòng)低頻響應(yīng)明顯，以房屋自振頻率為主；

（2）所測(cè)試的四處單層砌體建筑物在我國鐵路沿線建筑物中較為典型，應(yīng)歸為“建造質(zhì)量較差的建筑”。振動(dòng)響應(yīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別用英國、德國、中國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)測(cè)峰值振動(dòng)速度PPV與英國、德國標(biāo)準(zhǔn)限值差距較大，存在適用性問題；

（3）實(shí)測(cè)“庫房”基礎(chǔ)處峰值振動(dòng)速度PPV數(shù)值較大，并結(jié)合裂縫分布位置和開裂擴(kuò)展情況，分析認(rèn)為該處房屋結(jié)構(gòu)損傷與鐵路振動(dòng)有相關(guān)性。當(dāng)峰值振動(dòng)速度PPV超出GB 50868-2013中的第三類振動(dòng)限值時(shí)，會(huì)對(duì)我國鐵路沿線“建造質(zhì)量較差的建筑”產(chǎn)生損害。

[1]田苗，熊春梅.列車引起的環(huán)境振動(dòng)問題研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2013，33(1)：143-147.

[2]盧華喜，梁平英.高速列車引起建筑物振動(dòng)的研究進(jìn)展[J].噪聲與振動(dòng)控制，2010，30(4)：50-53.

[3]ISO 4866:2010,Mechanical vibration and shock-vibration of fixed structures-guidelines for the measurement of vibrations and evaluation of their effects on structures[S], 2010.

[4]夏禾.交通環(huán)境振動(dòng)工程[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[5]GB50868-2013.建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計(jì)劃出版社，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2013.

[6]劉維寧，馬蒙.地鐵列車振動(dòng)環(huán)境影響的預(yù)測(cè)、評(píng)估與控制[M].北京：科學(xué)出版社：2014.

[7]徐建.建筑工程容許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)理解與應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社：2013.

[8]DIN4150-3.Structural vibration,Part 3.Effects of vibration on structures[S].1999.

[9]BS 7385.Evaluation and measurement for vibration in buildings,Part 2.Guide to damage levels from groundborne vibration[S].1993.

Experimental Study onAmbient Building Damage Caused by Heavy-haul Railway Operation

MENG Xin,LIU Peng-hui,YAO Jing-chuan,YIN Jing
(ChinaAcademy of Railway Science,Beijing 100081,China)

Four representative residential buildings of single-layer brick-concrete structure with the distances of 6.5m, 15m,26m and 38m respectively away from the railway were selected to study their damage situations.Of them the building 15m away from the railway was used as a typical sample of damage.Vibration responses of the foundations and roofs of the buildings induced by the train operation were measured and analyzed.The measured data of PPV of the vibration velocity was compared with that of domestic and international standards.Results show that,when the PPV of the vibration velocity exceeds the vibration limits of the third kind in GB 50868-2013 standard,the poor quality buildings beside the railway will damage.

vibration and wave;heavy-haul railway;building;experimental study

TB123

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2015.02.024

1006-1355(2015)02-0101-06

2014－08－01

中日韓鐵路技術(shù)合作研究項(xiàng)目（2011YJ93）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51378500）

孟鑫（1982－），男，山東濟(jì)寧人，助理研究員，工學(xué)碩士，主要研究方向：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、環(huán)境振動(dòng)預(yù)測(cè)評(píng)估。E-mail:sdjxmx@sina.com