CN112816059B - 一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法 - Google Patents

一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112816059B
CN112816059B CN202011628393.2A CN202011628393A CN112816059B CN 112816059 B CN112816059 B CN 112816059B CN 202011628393 A CN202011628393 A CN 202011628393A CN 112816059 B CN112816059 B CN 112816059B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vibration frequency
layer
spring
bridge station
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011628393.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112816059A (zh
Inventor
严鹏
周丹
潘鑫豪
欧阳院平
刘晓
罗伟
陈帅
汪子豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University WHU
Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Original Assignee
Wuhan University WHU
Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University WHU, Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd filed Critical Wuhan University WHU
Priority to CN202011628393.2A priority Critical patent/CN112816059B/zh
Publication of CN112816059A publication Critical patent/CN112816059A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112816059B publication Critical patent/CN112816059B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H13/00—Measuring resonant frequency

Abstract

一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，包括如下步骤：步骤一，将地铁桥站分为若干结构层，在各结构层的不同关键位置选定若干测点，并在各个测点处布置高速摄影相机以及一组具有不同自振频率的弹簧振子；步骤二，当列车在地铁桥站上运行时，各结构层发生振动响应，测点处的成组弹簧振子发生受迫振动，通过高速摄影相机捕捉每个弹簧振子的加速度时程曲线；得到每个弹簧振子的主频，所有弹簧振子的主频均值确定为地铁桥站在该测点的振动频率；步骤三，结合各结构层的层内不同测点在表征该层结构、各结构层在表征整体结构的表征程度，拟定对应于层内、整体的表征系数，加权得到地铁桥站结构的层内综合振动频率以及整体结构综合振动频率。

Description

一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法
技术领域
本发明涉及结构安全监测领域，具体涉及一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法。
背景技术
随着城市化的进行，中心城市用地日渐紧张。为充分利用城市空间，国家的基础设施建设向更高、更深的方向努力，更高即充分利用城市地上空间，更深即充分利用城市地下空间。在地铁设施的建设中，车站结构形式多种多样，桥站结构形式作为有多种优点的地上结构近年来受到大规模使用，故监测地铁桥站结构振动响应特性至关重要，直接关系到地铁桥站的安全及站内人群的舒适度。传统的监测方法不够直观，需要携带复杂的电子传感器，笨重且对电源要求较高。
目前，结构振动响应频率的获取不够直观，且无法既对桥站结构的各层进行振动频率分析，又对地铁桥站结构整体的振动频率分布特性进行分析。基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法可以很好地解决这两个问题。
鉴于上述问题，急需一种既能直观表现桥站结构各层振动频率，又能表征地铁桥站结构整体振动频率的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，通过在地铁桥站结构关键位置布置成组弹簧振子，借助高速摄影相机，直观监测地铁桥站结构各层及整体的综合振动频率，用于人群的舒适度评价及结构安全监测。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，包括如下步骤：
步骤一，将地铁桥站分为若干结构层，在各结构层的不同关键位置选定若干测点，保证测点位置处于横纵梁形成区域板的中部，并在各个测点处布置高速摄影相机以及一组具有不同自振频率的弹簧振子；
步骤二，当列车在地铁桥站上运行时，各结构层发生振动响应，测点处的成组弹簧振子发生受迫振动，此时通过高速摄影相机精确捕捉各振子组中每个弹簧振子的加速度时程曲线；
基于频谱分析得到每个弹簧振子的主频，振子组中所有弹簧振子的主频均值确定为地铁桥站在该测点的振动频率；
步骤三，结合各结构层的层内不同测点在表征该层结构、各结构层在表征整体结构的表征程度，拟定对应于层内、整体的表征系数，加权得到地铁桥站结构的层内综合振动频率以及整体结构综合振动频率。
进一步地，所述地铁桥站的某一结构层的层内综合振动频率为：
Figure BDA0002877991630000021
其中，xi为该层内某一测点处振动频率表征系数，且
Figure BDA0002877991630000022
fi为该测点处振子组的主频均值，
Figure BDA0002877991630000023
fy为该测点处振子组中某一个弹簧振子的主频，
Figure BDA0002877991630000024
k为弹簧的劲度系数，m为弹簧振子的质量；n该结构层内测点总数，z该测点处弹簧振子总数；
所述地铁桥站的整体综合振动频率为：
Figure BDA0002877991630000025
其中，αj为某一结构层在表征地铁桥站整体振动频率的表征系数，且
Figure BDA0002877991630000026
进一步地，所述层内综合振动频率用于地铁桥站的人群舒适度评价，整体综合振动频率用于桥站结构的振动响应分析与安全监测。
进一步地，所述层内某一测点处振动频率表征系数xi表达式为：
Figure BDA0002877991630000031
其中，对于各结构层的层内某测点，其必然处于结构横梁与纵梁所形成的板内，此时将每块板视为两端固定，设任意板的长宽比值为K；
所述某一结构层在表征地铁桥站整体振动频率的表征系数αj的表达式为：
Figure BDA0002877991630000032
其中，地铁桥站结构的各结构层是由若干墩柱作为支撑的，l为墩柱长度，b为墩柱截面短边；q为该结构层墩柱的总数，p为各结构层所有墩柱的总数。
优选地，在每个测点处按照梯度设置成组弹簧振子的自振频率，设置自振频率为1Hz-50Hz，自振频率的增幅为1Hz，每个成组弹簧振子装置共50个弹簧振子。
本发明有益效果：
本发明借助高速摄影相机捕捉成组弹簧振子的振动规律，通过频谱分析获得弹簧振子的振动加速度主频，以振子组中各个振子主频的均值作为地铁桥站在该测点的振动频率；考虑层内不同测点在表征该层结构、各层结构在表征整体结构的表征程度，拟定层内、整体的表征系数，加权得到层内的综合振动频率及整体结构的综合振动频率。其中层内综合振动频率可用于复杂桥站层内人群舒适度评价，对于提升人在地铁通勤中的幸福感有重大意义；整体综合振动频率可用于复杂桥站结构整体的振动响应分析及安全监测。该方法可应用于地铁站等有轨桥站结构，其中成组弹簧振子装置直观简单，利用该方法所得的层内综合振动频率和整体综合振动频率可较好地评价与监测列车运行下地铁桥站结构的人群舒适度及结构安全，应用前景十分广阔。
附图说明
图1为本发明装置弹簧振子组的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的测点布置示意图；
图3为图2中某个测点布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进一步说明。
实施例：
为使图1所示的成组弹簧振子装置与结构测点处共同发生刚性振动，预先用石膏将装置水平固结在测点表面并布置好高速摄影相机。当列车在地铁桥站结构上时，结构发生振动响应。此时高速摄影相机可记录到装置内每个弹簧振子的加速度时程曲线，通过频谱分析获得弹簧振子的振动加速度主频，以振子组中各个振子主频的均值作为地铁桥站在该测点的振动频率记为F1。如图2所示，为表征地铁桥站各层及整体的振动频率，在车站的轨道层、站台层、站厅层分别选取3个关键测点(车站纵向中跨跨中，车站边跨跨中)，记为1#-9#，布置成组弹簧振子，根据弹簧振子的受迫振动主频，得到成组弹簧振子的受迫振动主频均值即测点的振动频率。
则铁路桥站各结构层的层内综合振动频率计算如下式所示：
Figure BDA0002877991630000041
其中，xi为该层内某一测点处振动频率表征系数，即同层表征系数，且
Figure BDA0002877991630000042
fi为该测点处振子组的主频均值，
Figure BDA0002877991630000043
fy为该测点处振子组中某一个弹簧振子的主频；n该结构层内测点总数，z该测点处弹簧振子总数。
如图3，对于层内某测点，其必然处于结构横梁与纵梁所形成的板内，此时将每块板视为两端固定。由薄板的自由振动公式
Figure BDA0002877991630000044
可知，薄板的振动频率与板的长度a和宽度b有关。设任意板的长宽比值为K，则对于层内某测点，可求得测点所在板的长宽比值Ki，结合其他板的情况，该测点在该层内的表征系数计算如下式1-2所示：
Figure BDA0002877991630000051
以地铁桥站的站台层为例，首先确定测点1#、2#、3#在该测点处振动频率表征系数x1、x2、x3，根据式1-2，先求得测点所在板的长宽比，将此长宽比与层内其他测点的长宽比之和做比值，即可得到表征系数，具体如表1.1所示。
表1.1同层表征系数
Figure BDA0002877991630000052
结合层内各测点在处振动频率表征系数xi，相应数据如表1.2所示，通过式1-1计算得站台层的振动频率：
Figure BDA0002877991630000053
表1.2同层各测点表征系数-频率数据表
Figure BDA0002877991630000054
由于人体对4-8Hz的低频段较为敏感，根据计算结果，人在站台层时，振动频率没有在人的敏感频段，不会引起人的不舒适。
结合同层不同测点表征该层振动响应的表征系数xi和各层在表征地铁桥站结构整体振动响应的表征系数
Figure BDA0002877991630000061
即各层表征系数，地铁桥站的整体综合振动频率为：
Figure BDA0002877991630000062
以图2中地铁桥站为例，先计算某一结构层在表征地铁桥站整体振动频率的表征系数αj，根据式1-4，得到各层表征系数如表1.3所示。
表1.3
Figure BDA0002877991630000063
根据成组弹簧振子的监测结果，结合层内各测点在表征地铁桥站及各层结构在表征车站整体结构的表征系数，相应数据如表1.4所示，通过式1-3计算得车站整体的振动频率：
Figure BDA0002877991630000064
表1.4同层表征系数/各层表征系数-频率表
Figure BDA0002877991630000065
Figure BDA0002877991630000071
根据多数已有的现场试验，地铁桥站前10阶自振频率均在10Hz以下，车站整体结构的振动频率为16.59Hz，所以在当前荷载列车下桥站结构并不会发生共振，结构安全。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将地铁桥站分为若干结构层，在各结构层的不同关键位置选定若干测点，保证测点位置处于横纵梁形成区域板的中部，并在各个测点处布置高速摄影相机以及一组具有不同自振频率的弹簧振子；
步骤二，当列车在地铁桥站上运行时，各结构层发生振动响应，测点处的成组弹簧振子发生受迫振动，此时通过高速摄影相机精确捕捉各振子组中每个弹簧振子的加速度时程曲线；
基于频谱分析得到每个弹簧振子的主频，振子组中所有弹簧振子的主频均值确定为地铁桥站在该测点的振动频率；
步骤三，结合各结构层的层内不同测点在表征该层结构的表征程度，拟定某一测点对应于该层内的表征系数，加权得到该层的层内综合振动频率，结合各结构层在表征整体结构的表征程度，拟定某一结构层对应于整体的表征系数，加权得到整体结构综合振动频率。
2.根据权利要求1所述的一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，其特征在于，所述地铁桥站的某一结构层的层内综合振动频率为：
Figure FDA0003447271530000011
其中，xi为该层内某一测点处振动频率表征系数，且
Figure FDA0003447271530000012
fi为该测点处振子组的主频均值，
Figure FDA0003447271530000013
fy为该测点处振子组中某一个弹簧振子的主频，
Figure FDA0003447271530000014
k为弹簧的劲度系数，m为弹簧振子的质量；n该结构层内测点总数，z该测点处弹簧振子总数；
所述地铁桥站的整体综合振动频率为：
Figure FDA0003447271530000015
其中，αj为某一结构层在表征地铁桥站整体振动频率的表征系数，且
Figure FDA0003447271530000021
3.根据权利要求2所述的一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，其特征在于，所述层内综合振动频率用于地铁桥站的人群舒适度评价，整体综合振动频率用于桥站结构的振动响应分析与安全监测。
4.根据权利要求2所述的一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，其特征在于，所述层内某一测点处振动频率表征系数xi表达式为：
Figure FDA0003447271530000022
其中，对于各结构层的层内某测点，其必然处于结构横梁与纵梁所形成的板内，此时将每块板视为两端固定，设任意板的长宽比值为K；
所述某一结构层在表征地铁桥站整体振动频率的表征系数αj的表达式为：
Figure FDA0003447271530000023
其中，地铁桥站结构的各结构层是由若干墩柱作为支撑的，l为墩柱长度，b为墩柱截面短边；q为该结构层墩柱的总数，p为各结构层所有墩柱的总数。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法，其特征在于，在每个测点处按照梯度设置成组弹簧振子的自振频率，设置自振频率为1Hz-50Hz，自振频率的增幅为1Hz，每个成组弹簧振子装置共50个弹簧振子。
CN202011628393.2A 2020-12-31 2020-12-31 一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法 Active CN112816059B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011628393.2A CN112816059B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011628393.2A CN112816059B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112816059A CN112816059A (zh) 2021-05-18
CN112816059B true CN112816059B (zh) 2022-03-15

Family

ID=75855048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011628393.2A Active CN112816059B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112816059B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1804563A (zh) * 2005-10-14 2006-07-19 北京交通大学 测量桥梁下部结构自振频率的冲击振动法
CN105865735A (zh) * 2016-04-29 2016-08-17 浙江大学 一种基于视频监控的桥梁振动测试与动力特性识别方法
CN109060285A (zh) * 2018-09-10 2018-12-21 西安交通大学 一种螺旋弹簧动态振动特性的检测装置及方法
CN110031084A (zh) * 2019-04-08 2019-07-19 上海工程技术大学 一种用于地铁的振动与噪声在线监测装置及方法
CN110736534A (zh) * 2019-10-16 2020-01-31 福建省建筑工程质量检测中心有限公司 一种基于普通摄像机的振动位移实时测量方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109682561B (zh) * 2019-02-19 2020-06-16 大连理工大学 一种自动检测高速铁路桥梁自由振动响应以识别模态的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1804563A (zh) * 2005-10-14 2006-07-19 北京交通大学 测量桥梁下部结构自振频率的冲击振动法
CN105865735A (zh) * 2016-04-29 2016-08-17 浙江大学 一种基于视频监控的桥梁振动测试与动力特性识别方法
CN109060285A (zh) * 2018-09-10 2018-12-21 西安交通大学 一种螺旋弹簧动态振动特性的检测装置及方法
CN110031084A (zh) * 2019-04-08 2019-07-19 上海工程技术大学 一种用于地铁的振动与噪声在线监测装置及方法
CN110736534A (zh) * 2019-10-16 2020-01-31 福建省建筑工程质量检测中心有限公司 一种基于普通摄像机的振动位移实时测量方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112816059A (zh) 2021-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Wind tunnel and full-scale study of wind effects on China’s tallest building
CN104036087B (zh) 基于功率流‑边界元模型的高架轨道交通振动噪声仿真预测方法
Lü et al. Site coefficients suitable to China site category
CN106803223A (zh) 一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法
CN107016197A (zh) 一种路基沉降预测方法以及路基沉降预测系统
CN106250653B (zh) 一种全信息高精度传递函数预测方法
CN105513489B (zh) 构建城市噪声地图的方法
Rodríguez et al. Comparison of spectral ratio techniques for estimation of site effects using microtremor data and earthquake motions recorded at the surface and in boreholes
Kim et al. System identification of an in-service railroad bridge using wireless smart sensors
CN110470422A (zh) 一种基于拉索振动频谱分析的基频优化方法
CN112816059B (zh) 一种基于成组弹簧振子的地铁桥站振动频率测试方法
Chandler et al. An attenuation model for distant earthquakes
Li et al. Wind effects on the world's tallest reinforced concrete building
CN112903821B (zh) 基于成组弹簧振子的桥站结构自振特性测试方法
CN107796643A (zh) 一种基于统计矩理论的无模型快速损伤识别方法
Huang et al. Experimental study on wind-induced dynamic interference effects between two tall buildings
Zhang et al. Estimation of input energy spectrum from pseudo-velocity response spectrum incorporating the influences of magnitude, distance, and site conditions
CN116307379A (zh) 一种城市轨道交通规划方法
CN104749618B (zh) 泥页岩缓倾角裂缝叠后概率定量表征方法
CN113447220B (zh) 用于地铁车辆段上盖建筑室内振动的类比预测方法及系统
CN114925576A (zh) 一种基于灾害动力过程的地震滑坡危险性评估方法与系统
Jiang et al. A microtremor study to reveal the dynamic response of earth fissure site: the case study in Fenwei Basins, China
CN106844971A (zh) 基于逆边界元的轨道交通桥梁噪声反演预测方法
Zhang et al. Investigation of Seasonal Variations of Dynamic Characteristics of a Concrete Bridge by Employing a Wireless Acceleration Sensor Network System.
Wang et al. Prediction Method of Ground Vibration Caused by High-Speed Railway Based on the Formula from the Federal Transportation Administration

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant