南昌西站综合交通枢纽环境振动试验分析*

刘 兵黄 辉雷晓燕

南昌西站综合交通枢纽环境振动试验分析*

刘 兵1黄 辉2雷晓燕3

（1.黔东南州交通勘察设计院，556000，凯里；2.广州地铁设计研究院有限公司，510010，广州；3.华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心，330013，南昌∥第一作者，助理工程师）

现代大型综合交通枢纽综合了多种交通工具，实现了航空、高铁、普铁、轨道交通、公交和磁悬浮列车等多种交通方式的零换乘或短距离换乘。站房结构中包含高架桥梁、隧道和大跨度空间等复杂结构体系。由复杂结构形式而引发的环境振动，往往对人和精密仪器的使用造成极大的伤害。对南昌西站综合交通枢纽环境振动实测分析的结果表明，振动响应满足环境测评标准和舒适度要求。

综合交通枢纽；南昌西站；环境振动试验

目前，国内外对于综合交通枢纽环境振动舒适度评价标准还没有统一的界定，大多采用环境振动竖向加速度作为参考标准。本文通过对南昌西站候车厅的实测与分析，总结了列车速度、加速度、轴重等因素对南昌西站环境振动的影响，并对测试的振动加速度时程曲线、频谱曲线、Z振级等进行分析，总结出综合交通枢纽环境振动的传递规律，并与相关标准做对比，评价南昌西站综合交通枢纽环境振动响应。研究成果对综合交通枢纽站房结构设计和减振降噪有一定指导意义。

1 测试准备工作

本次试验对南昌西站候车厅层进行振动测试，候车厅层位于整个站房结构地上二层，标高约8.5 m。主要测试进出站列车引起的楼板振动，测试时间选择在人流量较少的时间段（14：00～23：00）。测试列车车型有高速列车（CRH380B 8节编组和CRH380BL 16节编组）和普通列车（25G编组车型）的3种车型。测点布置如图1所示，在距离轨道中心线 0、12、24、36、48 的候车厅层楼板上布置 5 个测点，每个测点布置1个加速度传感器。

图1 候车厅层楼板测点布置示意图

现场振动测试采用德国Head公司的DATaRec 4 DIC24数据采集仪，采用ArtemiS数据采集分析软件进行数据采集与分析，采用941B型竖直加速度传感器拾振。

2 环境振动测试结果及分析

对现场候车厅楼板振动响应进行测试，在列车通过前即开始测量，列车完全出站后停止数据采集。

2.1 背景振动测试

本次测试首先对背景振动做了多次测试分析。在候车厅随机取几个点测试背景振动，得到各个测点的数值相近，任选其中一个数据。经过数据处理和分析，得到加速度时程曲线和频谱曲线如图2所示。计算得到其Z振级数值为70.81 dB，频谱幅值为4.4 × 10-6（m/s2）/Hz，经过实测得到候车厅层背景振动属于低频振动，振动主频在10 Hz附近。振动频率是振动能量的体现，人对振动1～80 Hz之间的振动频率比较敏感，尤其是对16 Hz以下的低频振动容易产生共振，例如胸腔的共振频率在4～8 Hz之间，腹腔的共振频率在8～16 Hz之间［1］。

图2 背景振动时程曲线和频谱曲线

2.2 高速列车引起的环境振动

2.2.1 高速列车进出站测试结果

为了得到候车厅层在高速列车行驶激励下振动响应的变化规律，提取候车厅层各个测点的结构振动响应结果，运用Matlab编程，输入有效的加速度时程曲线数据，通过傅里叶变换分析得到相应的频谱分析曲线［2］，如图3~图14所示。测试列车车次为G1306，车型为CRH380BL。

2.2.2 高速列车进出站测试分析

（1）时域分析：通过以上竖向振动加速度时程曲线图可知，当列车进出站的时间段，与背景振动相比较，在距离列车较近的测点1和测点2有明显的振动幅值增大。在距离轨道中心线36 m以上的测点4和测点5则没有明显的变化。

（2）频谱分析：实测得到南昌西站综合交通枢纽候车厅层由高速列车进、出站引起的候车厅楼板结构振动属于低频振动，其主频主要分布在10 Hz附近。通过频谱图可以看出，随着测点与轨道中心线水平距离的增加，候车厅测点的振动响应强度迅速衰减，测点的振动响应频谱幅值呈指数型衰减，并且在超过24 m以后变化很小。

图3 G1306进站时测点1竖向振动相关曲线

图4 G1306进站时测点2竖向振动相关曲线

图5 G1306进站时测点3竖向振动相关曲线

图6 G1306进站时测点4竖向振动相关曲线

图7 G1306进站时测点5竖向振动相关曲线

图8 G1306进站时测点1～5频谱幅值曲线

图9 G1306出站时测点1竖向振动相关曲线

图10 G1306出站时测点2竖向振动相关曲线

图11 G1306出站时测点3竖向振动相关曲线

图12 G1306出站时测点4竖向振动相关曲线

图13 G1306出站时测点5竖向振动相关曲线

图14 G1306出站时测点1～5频谱幅值曲线

（3）Z振级分析：根据《铁路环境振动测试方法》编写计算程序，计算得到各个测点的Z振级［3］。由表1和表2所示的Z振级计算值可知：①测试列车进、出站时，所引起的候车厅层振动响应Z振级最大值为70.26 dB，低于GB 10070—88《城市区域环境振动标准：》和《城市轨道交通沿线建筑物室内振动限值》的界限值80 dB/75 dB；②对比背景振动和列车进出站的Z振级，两者之间有较为明显的差距，这是因为候车厅层的振动是由多种激振源共同作用引起的。

（4）舒适度分析：从表1和表2可知，高速列车进出站时，现场测试所得到的南昌西站候车厅层振动竖向加速度峰值最大值分别为10.2 cm/s2和12.12 cm/s2。且大部分分布在6 cm/s2左右。远低于美国钢结构协会发布的《钢结构设计AISC-11的评价标准》的界限值 15 cm/s2［4］。

（5）进出站振动强度对比：进站时，随着列车速度的降低，振动强度逐渐减小，在进站的瞬间振动能量突然增大，在时程曲线图中有较大的突变；出站时，随着列车速度的增加，振动强度逐渐增大。结果表明，列车速度的大小对环境振动的强度有着较大影响，振动强度会随着列车速度的增加而增大。

表1 G1306进站时振动响应情况表

表2 G1306出站时振动响应情况表

2.3 普速列车引起的环境振动

2.3.1 普速列车进出站测试结果

为了得到候车厅层在普速列车行驶激励下振动响应的变化规律，提取候车厅层各个测点的结构振动响应结果，运用Matlab编程，输入有效的加速度时程曲线数据，通过傅里叶变换分析得到相应的频谱分析曲线［2］，如图15~图26所示。测试列车车次为 K555，车型为 G25）。

2.3.2 普速列车进出站测试分析

（1）时域分析：与背景振动相比较，列车进出站时，在距离轨道中心线较近的测点1和测点2有明显的振动幅值增大。在距离轨道中心线24 m以上的测点则没有明显的变化。由于3站台处于站房结构的最北端，整个站房结构存在偏心力的作用以及站房结构本身的减振措施，使得振动响应的传递衰减相比站房结构跨中结构更加迅速。

图15 K555进站时测点1竖向振动相关曲线

图16 K555进站时测点2竖向振动相关曲线

图17 K555进站时测点3竖向振动相关曲线

图18 K555进站时测点4竖向振动相关曲线

图19 K555进站时测点5竖向振动相关曲线

图20 K555进站时测点1～5频谱幅值曲线

图21 K555出站时测点1竖向振动相关曲线

图22 K555出站时测点2竖向振动相关曲线

图23 K555出站时测点3竖向振动相关曲线

图24 K555出站时测点4竖向振动相关曲线

图25 K555出站时测点5竖向振动相关曲线

图26 K555出站时测点1～5频谱幅值曲线

（2）频谱分析：实测得到的南昌西站综合交通枢纽候车厅层由普通列车进出站引起的结构振动属于低频振动，其主频主要分布在10 Hz以下。结构振动响应强度大小通常以频谱幅值作为评价参考。通过对以上频谱图分析可知，随着测点与轨道中心水平距离的增加，候车厅测点的振动响应强度迅速衰减，频谱幅值呈指数型衰减，并且在超过24 m以后变化很小。

（3）Z振级分析：根据《铁路环境振动测试方法》编写计算程序，计算得到各个测点的Z振级［3］。由表3和表4所示的Z振级计算值可知：①普通列车进出站引起的候车厅层振动响应Z振级最大值分别为70.95 dB和69.93 dB，低于GB 10070—88《城市区域环境振动标准》和《城市轨道交通沿线建筑物室内振动限值》的标准界限值80 dB/75 dB。②对比背景振动和列车引起振动的Z振级数值，两者之间有较为明显的差距，这是因为候车厅层的振动是由多种激振源共同作用引起的。

表3 K555进站时振动响应情况表

表4 K555出站时振动响应情况表

（4）舒适度分析：由表3和表4可知，普通列车过站时，现场测试所得到的南昌西站候车厅层振动竖向加速度峰值最大值分别为10.09 cm/s2和8.71 cm/s2，且大多分布在5 cm/s2左右。远低于美国钢结构协会发布的《钢结构设计AISC-11的评价标准》的界限值 15 cm/s2［4］。

（5）进出站振动强度对比：进站时，随着列车速度的降低，振动强度逐渐减小，在进站的瞬间振动能量突然增大，在时程曲线图中有较大的突变；出站时，随着列车速度的增加，振动强度逐渐增大。与高速列车相比较，普速列车引起的振动相对较低。结果表明，列车速度的大小对环境振动的强度大小有着较大影响，振动强度会随着列车速度的增加而增大。

3 结论

通过对南昌西站实测，得到候车厅层测点的加速度时程曲线，运用Matlab编程，输入有效的加速度时程曲线数据，通过傅里叶变换分析得到相应的频谱曲线，从而计算得到振动响应的加速度最值、频谱幅值、Z振级等振动强度评价指标。由于测试数据较多，本文只列出了4组数据，并对之加以分析。

由数据分析可知，高速列车和普通列车通过时都会引起环境振动强度的明显增强，且随着测点与轨道中心线距离的增大振动强度逐渐降低。振动的竖向加速度峰值都低于舒适度要求限值的15 cm/s2。通过频谱分析可知，列车引起的振动属于低频振动，且主频都分布在20 Hz以下。通过Z振级分析，列车过站时引起候车厅层的振动响应Z振级都低于GB 10070—88《城市区域环境振动标准》和《城市轨道交通沿线建筑物室内振动限值》的限值。

［1］ 米仓.多振源激励下铁路枢纽站房结构振动响应分析与实测［D］.天津：天津大学，2013.

［2］ 雷晓燕，王全金，圣小珍.城市轨道交通环境振动与振动噪声研究［J］.铁道学报，2003，25（5）：109.

［3］ 雷晓燕，圣小珍.现代轨道理论研究［M］.2版.北京：中国铁道出版社，2008.

［4］ 王国波，谢伟平，于艳丽，等.高速列车引起的武汉站楼板振动舒适度研究［J］.振动与冲击，2010，29（12）：110.

Analysis of the Vibration Environment at Nanchang West Railway Integrated Transport Hub

LIU Bing，LEI Xiaoyan，HUANG Hui

Modern large-scale integrated transport hub integrates a variety of transportation to achieve the goal of“zero change or short-distance transfer”between air transport，highspeed railway，general railway，urban rail transit，bus and Maglev trains.Station hall structure contains complex architectures like viaduct，tunnel and large-span space，very sensible to a number of environmental vibration problems，which often cause direct harm to passengers and precision instruments.Through field measurement and analysis,the vibration response of Nanchang West Railway Integrated Transport Hub is confirmed to meet the requirements of environmental assessment standard and comfort.

integrated transportation hub；Nanchang West Railway Station；vibration environment

U291；TB535

10.16037/j.1007-869x.2017.11.009

Author′s address Qiandongnan State Traffic Survey&Design Institute，556000，Kaili，China

*国家自然科学基金资助项目（51478184）；江西省优势科技创新团队计划项目（20133BCB24007）

2016-04-12）