CN113916368A - 轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测方法,采用现场实测获得不同测点处的地面振动加速度幅值及振级,根据相邻测点的地面振动加速度幅值之比确定振动放大区,并分别针对非振动放大区和振动放大区建立关于地面振动加速度幅值之比的噪声预测公式,从而进行二次结构噪声预测。本预测方法考虑的地铁列车沿地面振动传播方向产生的振动放大现象,使预测结果更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通技术领域,特别是涉及一种城市轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声的预测方法。
背景技术
列车在城市轨道地下线上运行时,会地下线两侧地面产生振动,并传到地面的建筑物中产生二次结构噪声。而如何准确预测城市轨道交通地下线引起的环境振动及其产生的二次结构噪声成为目前急需解决的技术问题。当前,环境振动的预测方法无法考虑地面振动中普遍存在的振动放大现象,无法真实的反映城市轨道交通两侧地面振动水平;进行二次结构噪声预测时采用振动速度级进行计算给预测过程带来很大不便。因此,为了适应工程实际,更准确、更快捷地进行环境振动及二次结构噪声预测,有必要研究一种城市轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种城市轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测方法,以预测城市轨道交通地下线引起的地面环境振动及预测点建筑的二次结构噪声。
本发明提供了如下的技术方案:
一种轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测方法,包括下述步骤:
S1:采用现场实测的方法得到至少一组不同测点处的地面振动加速度幅值及振级;
S2根据每组数据中相邻两个测点的地面振动加速度幅值之比,确定振动放大区和非振动放大区,并获得每组数据中非零测点相对于零测点的地面振动加速度幅值之比,i为每组数据中不同的非零测点的顺序数;
S3:根据步骤S2划分的非振动放大区的测点数据,通过对地面振动加速度幅值之比进行幂函数和指数函数的一元回归,以及对幂函数和指数函数一元回归拟合曲线的二次拟合回归,得到距零测点任一位置处相对于零测点的地面振动加速度幅值的对应关系,获得非振动放大区任一位置处振动预测公式;
S4:考虑振动放大区和非振动放大区的测点数据,通过非线性拟合,在步骤S3的振动预测公式中增设区域增量,获得振动放大区和非振动放大区内任一位置处振动预测公式。
所述步骤S1中,测点至少包括线路中心线正上方的0m零测点处,测点数量不少于五个,数据组数不少于3组。
所述步骤S2中,振动放大区区域根据任一一组数据的结果确定,或者由不同组数据的结果取交集确定。
所述步骤S2中,振动放大区的确定方法如下:
所述步骤S4中,振振动放大区和非振动放大区任一位置处振动预测公式为:
还包括步骤S5,将振动放大区和非振动放大区的噪声预测公式进一步拟合,确定任一预测点的噪声预测公式:
本发明还提供了轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测模型,所述模型包括任一位置处振动预测公式和/或任一位置处噪声预测公式,任一位置处振动预测公式为:
其中,为参考点处的振级,;为对地面振动加速度幅值之比进行幂函数一元回归拟合得到的拟合系数,为对地面振动加速度幅值之比进行指数函数一元回归拟合得到的拟合系数,i为每组数据中不同的非零测点的顺序数;为振动放大区区域增量,,为振动放大区区域增量的拟合系数;和为合并拟合系数。
与现有技术相比,本发明具有的优点和积极效果是:通过实测运营线路条件相同的城市轨道交通地下线地面振动的方法获得不同距离处的振动幅值(地面振动加速度幅值)及振级,求得距线路不同距离处相对于线路中心线正上方的地面振动幅值(地面振动加速度幅值)之比,通过将测试数据划分为非振动放大区和振动放大区,分别切得振动放大区和非振动放大区拟合曲线及预测公式,再根据实测的二次结构噪声与振级的实验数据进行拟合计算得出二次结构噪声的振动预测公式,从而实现对不同距离位置处的地面振动及二次结构噪声的预测计算。本预测方法考虑的地铁列车沿地面振动传播方向产生的振动放大现象,使计算结果更加准确;在工程中,振动加速度幅值的测量较振动速度的测量更为准确方便,本预测方法考虑直接选取振动加速幅值与二次结构噪声间建立拟合曲线,更贴近工程实际,方便应用。
附图说明
图1是本发明实例提供的实测传感器布置点位示意图。
图2是本发明实例提供的非振动放大区数据进行幂函数、指数函数及二次拟合计算方法示意图。
图3是本发明实例提供的非振动放大区域不同距离位置振动试验数据与拟合曲线的比较图。图中三角点为实测测点结果。
图4是本发明实例提供的振动放大区域不同距离位置振动试验数据与拟合曲线的比较图。图中三角点为实测测点结果。
图5是本发明实例提供的振级与二次结构噪声拟合曲线图。图中方块点为实测测点结果。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式,都属于本发明所保护的范围。
本发明城市轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测方法,包括以下步骤:
第一,采用现场实测的方法得到至少一组不同测点处的地面振动加速度幅值及振级。为方便计算,测点可以至少包括线路中心线正上方的0m零测点处,测点数量以五个以上为佳。做为一种示例,测点分别选取中心线0m(零测点)、7.5m、15m、22.5m、30m、37.5m、45m、52.5m、60m共九个位置。同步测试与预测线路运行条件相同的城市轨道交通3~10列地下线列车,每列列车在不同测点上获得一组数据。地面振动加速度幅值及振级的数据量总计为27~90个,测点布置位置如图1。
具体的,每组数据中,当时,计算振动放大区区域的距线路中心线最小位置距离、和最大位置距离,其中:式中分别为时测点距离线路中心线距离最小、最大位置的距离,i为每组数据中不同的非零测点的顺序数。距线路中心线距离为时即为该组数据的振动放大区,其他部分为该组数据的非振动放大区。
对于不同组的数据,由于线路环境基本相同,因此不同组数据获得的振动放大区也是基本相同的,可以直接采用任意一组数据的结果确定振动放大区,也可以在不同组数据结果出现较小差异的情况下、或者每组数据的测点位置不同的情况下,采用不同组数据结果的交集确定振动放大区。
第四,对非振动放大区,对地面振动加速度幅值之比进行幂函数和指数函数的一元回归,分别得到拟合曲线,然后对幂函数和指数函数拟合曲线进行二次拟合回归,得到二次拟合曲线,i为全部数据组中所有非零测点的总数据量的顺序数。
对幂函数和指数函数拟合曲线进行二次拟合回归:
i为全部数据组中所有非零测点的总数据量的顺序数,例如,当测量五列列车在上述九个测点的数据时,所有非零测点的总数据量为N=40个,i=1,2,……,40;
式中为参考点(零测点)处的振级,可由常规算法得到,具体的,可以由式求得,为零测点处各地面振动加速度幅值,i为全部数据组中所有零测点的总数据量的顺序数,例如,当测量五列列车在上述九个测点的数据时,所有零测点的总数据量为n=5个,i=1,2,……5,a 0 为参考振动加速度,取10-6;
从而振动放大区任意与参考点距离为r处的振级为:
式中:同上,为参考点(零测点)处的振级,由式求得;为振动放大区区域增量,,取值由非振动放大区域地面振动预测公式中求得,为振动放大区区域增量的拟合系数。由于振动放大区的区域增量函数拟合形式使其仅在振动放大区的数据范围内实现数据的拟合调整,不影响非振动放大区的拟合结果,因此,该振动放大区的振级拟合曲线可以同时适用于振动放大区和非振动放大区,实现两个区域振动拟合曲线的统一。为此,采用非线性拟合的方法,通过带入振动放大区和非振动放大区的振级数据,避免了振动放大区区域增量的拟合系数对非振动放大区的数据影响,通过拟合计算求得拟合曲线的中振动放大区区域增量的各个参数。
第六,为进一步简化预测公式,可以将振动放大区和非振动放大区的振级公式进一步拟合,并通过实测的二次结构噪声预测点的声级及振级,通过拟合计算确定二次结构噪声预测公式。
下面通过一个具体实例进一步对本发明进行说明。
某地面振动预测断面拟设案例:某地面振动预测断面位于城市轨道交通地下线,隧道埋深25m,列车运行速度为60km/h,列车轴重17t,为无缝线路,单线隧道,测试二次结构噪声的房屋层高为一层,求相不同距离位置处的地面振动及二次结构噪声的预测计算公式。
选取与预测断面位置条件相同的测试断面,同步测试城市轨道交通5列地下线列车通过时,距线路中心线0m、7.5m、15m、22.5m、30m、37.5m、45m、52.5m、60m共九个位置的地面振动加速度幅值及振级,数据量总计为45个。振动幅值数据如表1所示。
表1 列车通过后的振动加速度幅值测试数据
计算振动放大区区域为:45~60m。
对非振动放大区域数据的幂函数和指数函数拟合曲线进行二次拟合回归:
求得非振动放大区域的地面振动预测公式:
非振动放大区域距离为r处的振级为:
该预测公式结果如图3所示。
求得考虑振动放大区的地面振动预测公式:
采用非线性拟合的方法,通过带入振级数据通过拟合计算求得可得预测公式为:
该预测公式结果如图4所示。
则:任意距离位置的二次结构噪声级为:
该预测公式结果如图5所示。
本实施例预测结果与现场校核测试结果吻合较好,且精度较高。对比结果如表2所示。
表2 本实施例预测结果与现场地面振动、二次结构噪声校核试验对比结果
本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种轨道交通地下线引起的环境振动及二次结构噪声预测方法,包括下述步骤:
S1:采用现场实测的方法得到至少一组不同测点处的地面振动加速度幅值及振级;
S3:根据步骤S2划分的非振动放大区的测点数据,通过对地面振动加速度幅值之比进行幂函数和指数函数的一元回归,以及对幂函数和指数函数一元回归拟合曲线的二次拟合回归,得到距零测点任一位置处相对于零测点的地面振动加速度幅值的对应关系,获得非振动放大区任一位置处振动预测公式;
S4:根据振动放大区和非振动放大区的测点数据,通过非线性拟合,在步骤S3的振动预测公式中增设区域增量,获得同时适用于振动放大区和非振动放大区内任一位置处振动预测公式。
2.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于,所述步骤S1中,测点至少包括线路中心线正上方的0m零测点处,测点数量不少于五个,数据组数不少于3组。
3.根据权利要求1所述的预测方法,其特征在于,所述步骤S2中,振动放大区区域根据任意一组数据的结果确定,或者由不同组数据的结果取交集确定。
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