环境振动下桩基础微振动特性试验研究.pdf

第 23 卷 第 4 期 中 国 水 运 Vol.23 No.4 2023 年 4 月 China Water Transport April 2023 收稿日期：2022-10-17 作者简介：李 生，上海理工大学 环境与建筑学院。环境振动下桩基础微振动特性试验研究 李 生，任 青，周 伟（上海理工大学 环境与建筑学院，上海 20093）摘 要：对某光源装置地基在环境振动下提出纳米级别振动量级，需进行地基基础的现场原位试验。基于桩基础现场模型试验实测数据，得到单桩全比尺组成的现场原位群桩基础模型在环境振动作用下，模型中不同桩径单桩的微振动响应规律。通过实测数据和模型仿真进行对比，在误差可允许范围内。关键词：桩基础；环境振动；模型试验；位移 RMS 值；微振动响应 中图分类号：U443.13 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2023）04-0138-03 近年来我国对基础科学研究的投入越来越大，几个大科学装置同步辐射光源工程正在建设。大多数精密仪器对环境振动比较敏感，环境振动会对精密仪器设备造成损害、降低精度、产生难以接受的偏离，因此，在大科学装置规划选址和建设过程中必须考虑降低或消除环境振动影响1。环境微振动是由各种无定向振源激发产生的一种非重复性随机振动，振源机制通常为白噪声，其物理特征相当复杂，且受到振源机制、波的传播路径、场地岩土特性等因素影响2。关于环境振动振源的研究主要集中在理论模型与振源激励，数值方法在各环节中穿插。理论模型的优点是可以抓住工程问题的主要特性，快速高效地进行振动分析，但一般理论模型并不能考虑振动在垂直轨道/道路的水平方向的传播，并且其忽略的细节可能在对特定工程振动分析上产生较大误差3。于是，目前结构与土体耦合振动时的研究大都采用实体有限元建模的方法4，5。有限元建模进行振动分析时，振源激励是必须的，振源激励包括系统内部激励（轨道不平顺6、偏心7等）、系统外部激励（风荷载8、地震荷载9等）和综合激励（实测数据等10，11）。利用实测数据的综合激励分析工程问题可以体现出便利、准确等优势，因此在有实测信息时建议采用综合激励的方法。现行微振动标准一般以 电子工业防微振工程技术规范12中精密设备及仪器容许振动值来控制，而光源工程则以位移的均方根值作为主要的微振控制指标。表 1 是近年来在我国各光源工程对基础振动的控制标准。表 1 光源工程科学装置对基础振动的控制标准13，14 装置名称 基础振动控制要求 1100Hz 竖向振动位移均方根（nm）上海同步辐射光源（SSRF）150（安静时段）；300（嘈杂时段）北京高能同步辐射光源（HEPS）25 合肥先进光源（HALS）N-SV。此阶段位移 RMS 值的变化规律：除了 9：0012：00，三方向振动水平较高，其余时段均维持在相对平稳的大小，水平方向维持在 25nm 左右，竖直方向维持在 13nm 左右。以全天 24 个时段的位移 RMS 值平均值来看，大部分时段已经可以达到该光源地基基础在 1100Hz 小于 30nm 的要求。将全天 24h 按整点分成 24 个时段，统计每个时段的3,600 个 1s 位移 RMS 值超越 30nm 的概率。图 8 全天各时段 1s 位移 RMS 值超越 30nm 概率 由图 8 可知，三方向的相对大小和位移 RMS 值时程图（t=1h）保持一致，为 E-WN-SV。尤其是在白天，水平方向有较大浮动，从安静时段的 5%左右最高升到 25%左右，而竖直方向的全天变化不明显，维持在1.2%以下在0.5%左右。三、结论 文中就某光源工程项目用地范围内试验地块进行的环境振动下桩基础的微振动特性响应试验研究，主要取得了以下结论：（1）群桩模型下 20 个测点短时三方向位移有效值平均值分别为 25.70、27.91 和 13.60nm，12 号测点（0.8m桩径上）24h 环境振动三方向位移 RMS 值平均值分别为26.23、24.21 和 13.10nm，环境振动下的主频约为 3Hz。三种桩径在环境振动作用下，桩径越大的抗微振性能越好。（2）振动表现出明显的昼夜节律，白天振动远大于晚上的振动，单桩顶部的水平振动大于竖直振动，24h 内，排除近距离车辆运行和意外因素，单桩顶部的位移 RMS 值水平可以低于 60nm。参考文献 1 Soueid A，Amick H，Zsirai T.Addressing the environmental challenges of the NIST Advanced Measurement LaboratoryC/Buildings for Nanoscale Research and Beyond.SPIE，2005，5933：169-181.2 高广运，游远洋，毕俊伟.电子工业厂房微振动测试与分析J.噪声与振动控制，2020，40（1）：239-244.3 李志毅.分层及饱和分层地基列车运行引起的地面振动特性分析D.上海：同济大学，2006.4 陈建国.高架轨道交通引起的环境振动预测与参数研究D.北京：北京交通大学，2010.5 Wang L，Deng Z，Wang H，et al.Dynamic responses of HTS maglev system under track random irregularityJ.IEEE Transactions on Applied Superconductivity，2020，30（4）：1-7.6 Bian XC，Jiang HG，Chang C，et al.Track and ground vibrations generated by high-speed train running on ballastless railway with excitation of vertical track irregularitiesJ.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2015，76：29-43.7 马玉龙.公路曲线连续梁桥车桥耦合振动研究D.长沙：湖南大学，2014.8 李永乐，董世赋，臧瑜等.大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究J.工程力学，2012，29（12）：114-120.9 王亚伟，郑凯锋，熊籽跞等.地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析J.中国公路学报，2021，34（2）：298-308.10 吕西林，丁鲲，施卫星等.上海世博文化中心 TMD 减轻人致振动分析与实测研究J.振动与冲击，2012，31（2）：32-37+150.11 岳建勇.地铁交通引起的建筑物振动实测与数值模拟分析J.岩土力学，2020，41（8）：2756-2764+2784.12 GB 51076-2015.电子工业防微振工程技术规范S.北京：中国计划出版社，2015.13 岳建勇.软土地基精密装置基础微振动控制技术与工程应用J.建筑科学，2020，36（S1）：57-67.14 余宽原.考虑土体弹性各向异性的环境微振动分析研究D.上海：同济大学，2021.