鞏虎濤 方慶峰 劉懷才 侯棟友

摘 要：本文以重載貨車行駛產(chǎn)生地面振動情況為研究對象，選取鄭州市鄭州大學(xué)西四環(huán)路段沿線進(jìn)行實(shí)測地點(diǎn)，對重載貨車產(chǎn)生的振動特性進(jìn)行研究和分析，總結(jié)重載貨車產(chǎn)生地面振動的特點(diǎn)及車輛行駛過程中的振動特性，希望本文的結(jié)果可為相關(guān)部門研究重載貨車產(chǎn)生振動的環(huán)境評價以及減振隔振提供依據(jù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：重載貨車;傅里葉變換;振動加速度級

中圖分類號：TU435 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）07-0134-03

Abstract： In this paper， the ground vibration caused by heavy-haul trucks was taken as the research object. The vibration characteristics of Heavy-haul trucks were studied and analyzed along the West Fourth Ring Road Section of Zhengzhou University. The characteristics of ground vibration caused by heavy-haul trucks and the vibration characteristics of vehicles during driving were summarized. It is hoped that the results of this paper can provide a basis for the relevant departments to study the environmental evaluation of the vibration of heavy haul trucks and provide guidance for vibration reduction and isolation.

Keywords： heavy-duty truck;Fourier transform;vibration acceleration level

目前，由交通引起的振動越來越受到廣泛的關(guān)注，交通振動所引起的振動公害已被列為世界七大環(huán)境公害之一。作為交通運(yùn)輸?shù)囊环N，重載貨車在為人們帶來便利的同時，也會不可避免地對行駛道路周圍沿線居民和建筑物產(chǎn)生振動影響。近年來，較多學(xué)者從不同方面研究了交通振動及其影響。羅憶等人[1]基于朔-黃重載鐵路神山高架周邊地面與建筑物的振動速度和加速度的現(xiàn)場實(shí)測與分析，借鑒薩道夫斯基公式，研究橋墩周邊地面測點(diǎn)振動速度幅值的傳播與衰減規(guī)律，以及受軸重和車速的影響，地面和建筑物振動響應(yīng)的振動規(guī)律。李正川等人[2]通過有限元建模，采用頻域加載分析方法，計(jì)算得到綜合交通樞紐站臺和站房的振動響應(yīng)規(guī)律。李慶玲等[3]對山西省晉祠圣母殿內(nèi)彩塑進(jìn)行了脈動和汽車振動測試，提出了瞬時振動對晉祠泥質(zhì)彩塑影響的判定等級和準(zhǔn)則和持久振動對晉祠泥質(zhì)彩塑損傷的判定準(zhǔn)則。楊東等人[4]總結(jié)了國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出變電站振動的多指標(biāo)控制及限值要求，并對同類型變壓器、地鐵線路及項(xiàng)目位置地表開展振動測試，了解變壓器及項(xiàng)目現(xiàn)場振動情況。同時，還建立了軌道-土層-建筑物-變壓器三維有限元分析模型進(jìn)行預(yù)測分析。李宇東等人[5]通過現(xiàn)場測試獲得路面交通振動響應(yīng)及結(jié)構(gòu)動力放大系數(shù)，同時建立三維動力有限元模型，研究路面交通振動對古建筑的影響。張立彬等人[6]采用移動荷載列模擬列車對線路的動力作用，以現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)確定鐵路線路至沿線建筑物的振動傳遞規(guī)律，以Duhamel時程積分及類比法計(jì)算列車通過時的振動狀態(tài)并評估其使用安全性。

1 現(xiàn)場概況

本文采用現(xiàn)場實(shí)測的方法對重載貨車引起的地面振動特性進(jìn)行研究。測試地點(diǎn)為鄭州市鄭州大學(xué)西四環(huán)路段，該路段是重載貨車運(yùn)輸?shù)闹匾范?，為研究車輛振動特性提供了良好的條件。場地沿線正在新建高層建筑居民小區(qū)，選取測量該路段振動環(huán)境，可為周邊新建建筑物減振隔振提供依據(jù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。將測點(diǎn)沿道路進(jìn)行平行布置，共選取4個測量點(diǎn)，測點(diǎn)布置如圖1所示。測點(diǎn)與測點(diǎn)之間相距50m，測點(diǎn)垂直道路7.5m。

現(xiàn)場測量采用的是地脈動儀TROMINO?，該儀器由意大利MOHO公司生產(chǎn)，可測量頻率為0.1～1 024Hz。在實(shí)際測試前，對儀器進(jìn)行校核，確保采集振動數(shù)據(jù)的可靠性。本次數(shù)據(jù)采樣頻率為512Hz，采樣時長為8min。

2 地面振動特性分析

此次實(shí)測記錄的各測點(diǎn)的測試時間較長，測試車輛和車型較多。該測試場地主要以混凝土攪拌車為主，故以混凝土攪拌車為例，研究重載貨車的振動特性。由于測點(diǎn)1、測點(diǎn)2、測點(diǎn)3和測點(diǎn)4時程和頻譜幅值相差不大，為節(jié)約篇幅，僅分析測點(diǎn)1處的車輛振動。

2.1 車輛振動的時域和頻域分析

測點(diǎn)1的時程和頻譜圖如圖2所示。

從圖2（a）可知，豎向（Z向）振動加速度明顯大于水平向（X向和Y向），這與張琪昌等人[7]得出的結(jié)論水平向和豎向數(shù)值對比基本相符。各測點(diǎn)在水平向的加速度幅值差別較小，重載貨車產(chǎn)生地面振動的影響主要體現(xiàn)在豎向振動加速度上。

從圖2（b）可知，水平向（X向和Y向）振動有一個明顯的高頻和低頻區(qū)段，且振動加速度幅值隨頻率變化規(guī)律大致相同，高頻和低頻峰值大小較為接近;豎向（Z向）體現(xiàn)為低頻振動占優(yōu)勢，振動峰值主要集中在低頻區(qū)域10～20Hz，高頻振動不明顯。可見，重載貨車產(chǎn)生的振動特性主要體現(xiàn)在水平向（X向和Y向）低頻和高頻區(qū)段振動，豎向（Z向）低頻振動。低頻集中區(qū)段為10～20Hz，高頻集中區(qū)段為60～70Hz。

2.2 振動加速度級分析

為了更好地分析反映各實(shí)測點(diǎn)的振動強(qiáng)度，將采集到的各實(shí)測點(diǎn)振動加速度換算成振動加速度級，振動加速度級計(jì)算公式[8]為：

[arms=a2t=0Ta2tdt/T] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

其中：[arms]為加速度的有效值（[m/s2]）;[T]為振動時長（s）;[a]為基準(zhǔn)加速度取值為10-6m/s2。

由于車輛經(jīng)過測點(diǎn)時的振動時長為1～3s，因此，為研究重載貨車進(jìn)入測點(diǎn)和離開時的振動強(qiáng)度關(guān)系，截取重載貨車通過測點(diǎn)的振動波形時間，以0.2s為單位長度，將振動時間進(jìn)行細(xì)分，并用振動加速度級表征車輛振動的強(qiáng)度?；贛ATLAB編寫程序計(jì)算測點(diǎn)1處各向振動加速度級，并繪制如圖3所示的振動加速度級圖。

通過觀察測點(diǎn)1水平向和豎直向的振動加速度級隨車輛接近測點(diǎn)和遠(yuǎn)離測點(diǎn)變化的折線圖可得：豎直振動加速度級主要分布在75～90dB的區(qū)段，水平向主要分布在65～80dB的區(qū)段，且豎直向的振動加速度級高于水平向;振動加速度級的大小與重載貨車距測點(diǎn)的距離有關(guān)，隨車輛接近測點(diǎn)，振動加速度級逐漸增加，當(dāng)車輛到達(dá)測點(diǎn)時，達(dá)到最大，隨后遠(yuǎn)離測點(diǎn)，振動強(qiáng)度降低。

3 結(jié)論

本文通過對鄭州市鄭州大學(xué)西四環(huán)道路沿線重載貨車行駛對地面振動的特性進(jìn)行研究，同時結(jié)合振動加速度級，可以得到以下結(jié)論。

①通過對重載貨車道路沿線的區(qū)段進(jìn)行實(shí)測可得出，重載貨車產(chǎn)生地面振動的影響主要體現(xiàn)在豎直向加速度上，并且豎向明顯大于水平向，主要集中在低頻區(qū)域10～20Hz。

②水平方向的振動幅值規(guī)律大致相同，且水平向上有明顯的高頻區(qū)段和低頻區(qū)段。低頻振動區(qū)域在10～20Hz，高頻振動在60～70Hz。

③對比背景振動，車輛經(jīng)過時，地面出現(xiàn)較大的振動響應(yīng)，因此重載貨車引起的環(huán)境振動需要受到重視。測點(diǎn)處數(shù)據(jù)分析而得的振動加速度級大小與重載貨車至測點(diǎn)的距離有關(guān)：隨車輛接近測點(diǎn)，振動加速度級逐漸增加;當(dāng)車輛到達(dá)測點(diǎn)時，達(dá)到最大;隨后遠(yuǎn)離測點(diǎn)，振動強(qiáng)度降低。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李正川，冉汶民，易兵，等.列車運(yùn)行下綜合交通樞紐站房結(jié)構(gòu)振動分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2018（8）：127-131.

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[6]張立彬，張楠，王小寧.重載列車導(dǎo)致的環(huán)境振動及控制對策[J].科技資訊，2012（15）：62-63.

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