路面交通诱发古建筑振动测试与分析

魏陆顺 林霞娟 陈睦锋 张璐

摘 要：对某古建筑在路面交通作用下的振动响应进行了现场实测和数值模拟。首先对结构振动速度与加速度响应进行了现场实测，然后计算了结构模型在实测数据输入下的振动响应，最后分析了交通路况对古建筑的影响。分析结果表明：路面交通引起古建筑水平向振动主要在3～15Hz范围内，以低频振动为主；竖向振动第一阶频率约为8Hz，振动竖向幅值较水平幅值大；结构的一阶频率与车辆振动频率接近是导致古建筑振动幅值较大的原因。

关键词：交通振动；古建筑；振动响应；模型分析

中图分类号：TU311.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）11-0047-03

Abstract： The field measurement and numerical simulation of the vibration response of an ancient building under the action of road traffic are carried out. First， the vibration velocity and acceleration response of the structure are measured on the spot； then the vibration response of the structure model under the measured data input is calculated； finally， the influence of the traffic conditions on the ancient buildings is analyzed. The results show that the horizontal vibration of ancient buildings caused by road traffic is mainly within the range of 3～15 Hz， the low frequency vibration is dominant， the first order frequency of vertical vibration is about 8 Hz， and the vertical amplitude of vibration is larger than that of horizontal vibration. The first order frequency of the structure is close to the vibration frequency of the vehicle， which is the reason for the larger vibration amplitude of the ancient building.

Keywords： traffic vibration； ancient buildings； vibration response； model analysis

1 概述

交通振动是指因交通车辆引起的结构振动通过周围的介质向外传播，从而诱发附近建筑物（包括室内设备，精密仪器，家具等）二次振动和噪声，并造成建筑物地基下沉，墙体开裂。近年来，随着我国的交通量持续增长，交通振动对古建筑的影响显得日益突出[1]，因此，有必要根据振动技术规范对古建筑进行振动响应测试和相关分析，进一步保护古建筑。孙献伦[2]研究了一座四层的砖木结构在不同车速下的典型车辆荷载激励下的振动响应；李宇东[3]对地铁列车及路面交通引起木结构古建筑微振动进行了预测研究；李克飞[4]研究了古建筑在既有地铁交通和路面交通作用下的振动响应及其结构振动响应的传播规律；孟昭博[5]建立了多辆车并行时环形道路交通引起的地面振动衰减实用计算公式。

本文对一古建筑在路面交通作用下的振动响应进行了现场测试和有限元模型的计算分析。依据《城市区域环境振动标准》（GB10070-1988）[6]对建筑各层楼面振动速度及底层、室外靠近路面一侧的加速度响应进行了现场测试，随后建立结构动力模型对其进行模态分析和动力响应分析，根据现场测试结果和计算结果分析了现况交通振动及路况改变后对结构的影响。

2 古建筑概况

该建筑为三层券拱的西式建筑，混合结构，属于全国重点文物保护单位，具有重大的历史价值、科学价值、社会价值。结构现状如图1所示，经过现场勘察，个别处可见轻微裂缝，未发现结构性裂缝。由于该建筑临近繁忙的交通路线，为确定交通振动作用下对结构影响，对该文物进行现场振动测试，并进行结构分析。

依据《古建筑防工业振动技术规范》GB/T50452-2008[7]，古建筑容许振动限值应符合表1的规定。

3 现场振动测试

测试系统采用丹麦B&K;公司PULSE系统，在结构的二层、三层楼面各布置了2个测点，测点布置见图2，现场测试如图3所示。为模拟交通路况改变对结构的影响，对结构底层水平向和竖向加速度进行了现场测试，采用记录到的加速度数据作为结构模型的输入，对结构模型进行计算分析。

对二层、三层楼面A和B测点共进行了5次测试，其速度测试结果如表2所示，三层A测点的频谱曲线如图4所示。现场测量二层、三层速度振动幅值满足《古建筑防工业振动技术规范》（GBT50452-2008）限值0.15mm/s要求；车辆通过时对结构振动有较大影响，此时三层楼面的速度幅值在0.038～0.069mm/s；现场测试的水平振动主要在3Hz～15Hz频率范围，为低频振动为主。

4 结构模型计算分析

采用SAP2000软件建立的有限元模型如图5所示。结构X向1阶频率为3.25Hz（见图6），Y向1阶频率为4.20Hz。

结构振动速度幅值分析结果見表3。在现交通条件下，三层结构振动幅值满足规范限值0.15mm/s的要求，顶层结构振动幅值接近限值0.15mm/s；结构X、Y向一阶频在3.25～4.20Hz，与车辆通过测试的一阶频率接近，是结构振动幅值较大的原因。

5 结束语

通过对一古建筑结构在交通振动作用下的现场测试和有限元模型的计算，结果表明，车辆通过时对结构振动有较大影响，三层结构振动幅值满足规范限值0.15mm/s的要求，而顶层结构振动幅值接近规范限值0.15mm/s；路面交通引起古建筑水平向振动主要在3～15Hz范围内，以低频振动为主；竖向振动第一阶频率约为8Hz，振动竖向幅值较水平幅值大；该古建筑结构X、Y向一阶频率在3.25～4.20Hz，与汽车通过测试的一阶频率接近，是结构振动幅值较大的原因。

参考文献：

[1]Bata M. Effect on buildings of vibrations caused by traffic[J].Building Science，1985，99（1）：1-2.

[2]孙献伦.道路交通荷载激励下可园邀山阁振动响应研究[D].华南理工大学硕士学位论文，2015.

[3]李宇东，马蒙，等.地铁列车及路面交通引起古建筑微振动预测研究[J].都市轨道交通，2014，27（3）.

[4]李克飞.交通振动对临近古建筑的动力影响测试分析[J].北京交通大学学报，2011，35（1）.

[5]孟昭博.西安钟楼的交通振动响应分析及评估[D].西安建筑科技大学，2009.

[6]国家环境保护总局.城市区域环境振动标准：GB10070-1988[S].北京：中国标准出版社，1988.

[7]GB/T 50452-2008.古建筑防工业振动技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.