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1數值模擬與分析

1.1工程概況筆者對上海某一受地鐵運行振動影響的居民住宅進行基礎隔振。該建筑物為5層磚混結構，總高度為2.85=14m，總長14.32m，總寬為12.22m。構造柱截面尺寸為240mm240mm，圈梁尺寸為240mm300mm，過梁的尺寸240mm240mm，預制樓板厚120mm，墻厚240mm。圈梁、樓板、構造柱均采用C30混凝土，彈性模量E=31010Pa，密度=2700kg/m3，泊松比v=0.3。受力筋為HRB400，箍筋為HRB335。墻采用黏土磚，密度=1800kg/m3，泊松比μ=0.15，抗壓強度cf=2.67106Pa，彈性模量E=4.72109Pa。用ANSYS軟件進行數值模擬，上部結構采用層間剪切模型，以1個樓層為基本單元，把每層的豎向構件合并為1根豎桿，用樓層的等效剪切剛度作為豎桿的層剛度，并將全部恒、活荷載按一定比例組合后就近集中于各層樓蓋處作為1個質點，從而形成“串聯質點系”振動模型，如圖2所示。在模型中用3Dmass21單元來模擬集中于各層樓蓋處的質量，3Dmass21單元有6個自由度的點單元，包括X、Y、Z方向的平動和繞X、Y、Z軸的轉動，定義單元時根據實際情況確定其只有豎向自由度。豎桿用彈簧單元combine40模擬，并定義其只有水平剛度。碟簧支座豎向剛度模擬采用combine14單元，在2個水平方向采用combine40單元，該單元可以引入線性的強化模型、黏滯阻尼的影響。由于地鐵振動對上部結構作用的主要影響是豎向，因此豎向剛度為碟簧計算剛度，忽略2個水平方向的影響，將其剛度設為無限大。建立的支座簡化模型如圖3所示。

1.2數值模擬結果及分析通過實測，得到地鐵運行時對該建筑物樓板的振動加速度，共布置測點8個，其中建筑物內7個，地表1個。筆者選取建筑物1層樓板的測點S1作為研究對象，測點與列車隧道的相對位置如圖4所示。實測的加速度值如圖5所示，時間間隔為0.05s，持續時間為8s。

1.2.1模態分析通過ANSYS模態計算，分別得到隔振前、后結構的前4階自振頻率，如表1所示。通過表1可知，隔振后的1階自振頻率比隔振前減少77%，2階自振頻率減少了48%，3階自振頻率減少了38%，4階自振頻率減少了16%。結構自振周期由隔振前的0.64s延長為2.8s，說明碟簧隔振支座大大削弱了地鐵振動對上部結構的效應。

1.2.2時程分析在地鐵振動作用的影響下，上部結構隨碟簧隔振支座的移動而產生位移，因此絕對位移會相對增大，但是由于地鐵振動對結構的層間位移影響很小，因此筆者對位移的影響不予考慮。筆者通過ANSYS數值模擬得到結構隔振前、后的相對加速度時程曲線，如圖6、圖7所示。根據美國應用技術委員會于1999年出版的設計指南《減少樓板振動》中建議：為了滿足舒適度要求，住宅樓板的振動加速度峰值限值為0.005g，即為50mm/s²。從圖6、7可以看出，隔振前底層樓板加速度峰值為120mm/s²，頂層樓板加速度峰值為110mm/s²，均超過了50mm/s²；隔振后，底層相對加速度峰值為20mm/s²，較隔振前減少了80%；頂層相對加速度峰值為40mm/s²，較隔振前減少了67%，均滿足加速度峰值限值的要求。綜上所述，設置碟簧支座后，豎向加速度明顯減少，使建筑物滿足了設計規范，由此可以得出，在建筑物底部設置該隔振支座可以得到顯著的隔振效果。

2結束語

筆者通過對碟簧隔振支座設計理論的分析，并結合工程實例進行支座設計，對實例中設計的隔振支座進行ANSYS有限元模擬分析，結構的層間加速度減少顯著，證明了該支座具有較好的隔振效果。

作者：劉平平隋杰英王雪鵬單位：青島理工大學土木工程學院