重载货车行驶引起地面振动的实测研究

巩虎涛 方庆峰 刘怀才 侯栋友

摘 要：本文以重载货车行驶产生地面振动情况为研究对象，选取郑州市郑州大学西四环路段沿线进行实测地点，对重载货车产生的振动特性进行研究和分析，总结重载货车产生地面振动的特点及车辆行驶过程中的振动特性，希望本文的结果可为相关部门研究重载货车产生振动的环境评价以及减振隔振提供依据指导。

关键词：重载货车;傅里叶变换;振动加速度级

中图分类号：TU435 文献标识码：A 文章编号：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，由交通引起的振动越来越受到广泛的关注，交通振动所引起的振动公害已被列为世界七大环境公害之一。作为交通运输的一种，重载货车在为人们带来便利的同时，也会不可避免地对行驶道路周围沿线居民和建筑物产生振动影响。近年来，较多学者从不同方面研究了交通振动及其影响。罗忆等人[1]基于朔-黄重载铁路神山高架周边地面与建筑物的振动速度和加速度的现场实测与分析，借鉴萨道夫斯基公式，研究桥墩周边地面测点振动速度幅值的传播与衰減规律，以及受轴重和车速的影响，地面和建筑物振动响应的振动规律。李正川等人[2]通过有限元建模，采用频域加载分析方法，计算得到综合交通枢纽站台和站房的振动响应规律。李庆玲等[3]对山西省晋祠圣母殿内彩塑进行了脉动和汽车振动测试，提出了瞬时振动对晋祠泥质彩塑影响的判定等级和准则和持久振动对晋祠泥质彩塑损伤的判定准则。杨东等人[4]总结了国内相关标准，提出变电站振动的多指标控制及限值要求，并对同类型变压器、地铁线路及项目位置地表开展振动测试，了解变压器及项目现场振动情况。同时，还建立了轨道-土层-建筑物-变压器三维有限元分析模型进行预测分析。李宇东等人[5]通过现场测试获得路面交通振动响应及结构动力放大系数，同时建立三维动力有限元模型，研究路面交通振动对古建筑的影响。张立彬等人[6]采用移动荷载列模拟列车对线路的动力作用，以现场实测数据确定铁路线路至沿线建筑物的振动传递规律，以Duhamel时程积分及类比法计算列车通过时的振动状态并评估其使用安全性。

1 现场概况

本文采用现场实测的方法对重载货车引起的地面振动特性进行研究。测试地点为郑州市郑州大学西四环路段，该路段是重载货车运输的重要路段，为研究车辆振动特性提供了良好的条件。场地沿线正在新建高层建筑居民小区，选取测量该路段振动环境，可为周边新建建筑物减振隔振提供依据，具有一定的现实意义。将测点沿道路进行平行布置，共选取4个测量点，测点布置如图1所示。测点与测点之间相距50m，测点垂直道路7.5m。

现场测量采用的是地脉动仪TROMINO®，该仪器由意大利MOHO公司生产，可测量频率为0.1～1 024Hz。在实际测试前，对仪器进行校核，确保采集振动数据的可靠性。本次数据采样频率为512Hz，采样时长为8min。

2 地面振动特性分析

此次实测记录的各测点的测试时间较长，测试车辆和车型较多。该测试场地主要以混凝土搅拌车为主，故以混凝土搅拌车为例，研究重载货车的振动特性。由于测点1、测点2、测点3和测点4时程和频谱幅值相差不大，为节约篇幅，仅分析测点1处的车辆振动。

2.1 车辆振动的时域和频域分析

测点1的时程和频谱图如图2所示。

从图2（a）可知，竖向（Z向）振动加速度明显大于水平向（X向和Y向），这与张琪昌等人[7]得出的结论水平向和竖向数值对比基本相符。各测点在水平向的加速度幅值差别较小，重载货车产生地面振动的影响主要体现在竖向振动加速度上。

从图2（b）可知，水平向（X向和Y向）振动有一个明显的高频和低频区段，且振动加速度幅值随频率变化规律大致相同，高频和低频峰值大小较为接近;竖向（Z向）体现为低频振动占优势，振动峰值主要集中在低频区域10～20Hz，高频振动不明显。可见，重载货车产生的振动特性主要体现在水平向（X向和Y向）低频和高频区段振动，竖向（Z向）低频振动。低频集中区段为10～20Hz，高频集中区段为60～70Hz。

2.2 振动加速度级分析

为了更好地分析反映各实测点的振动强度，将采集到的各实测点振动加速度换算成振动加速度级，振动加速度级计算公式[8]为：

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

其中：[arms]为加速度的有效值（[m/s2]）;[T]为振动时长（s）;[a]为基准加速度取值为10-6m/s2。

由于车辆经过测点时的振动时长为1～3s，因此，为研究重载货车进入测点和离开时的振动强度关系，截取重载货车通过测点的振动波形时间，以0.2s为单位长度，将振动时间进行细分，并用振动加速度级表征车辆振动的强度。基于MATLAB编写程序计算测点1处各向振动加速度级，并绘制如图3所示的振动加速度级图。

通过观察测点1水平向和竖直向的振动加速度级随车辆接近测点和远离测点变化的折线图可得：竖直振动加速度级主要分布在75～90dB的区段，水平向主要分布在65～80dB的区段，且竖直向的振动加速度级高于水平向;振动加速度级的大小与重载货车距测点的距离有关，随车辆接近测点，振动加速度级逐渐增加，当车辆到达测点时，达到最大，随后远离测点，振动强度降低。

3 结论

本文通过对郑州市郑州大学西四环道路沿线重载货车行驶对地面振动的特性进行研究，同时结合振动加速度级，可以得到以下结论。

①通过对重载货车道路沿线的区段进行实测可得出，重载货车产生地面振动的影响主要体现在竖直向加速度上，并且竖向明显大于水平向，主要集中在低频区域10～20Hz。

②水平方向的振动幅值规律大致相同，且水平向上有明显的高频区段和低频区段。低频振动区域在10～20Hz，高频振动在60～70Hz。

③对比背景振动，车辆经过时，地面出现较大的振动响应，因此重载货车引起的环境振动需要受到重视。测点处数据分析而得的振动加速度级大小与重载货车至测点的距离有关：随车辆接近测点，振动加速度级逐渐增加;当车辆到达测点时，达到最大;随后远离测点，振动强度降低。

参考文献：

[1]罗忆，胡晶晶，杨宜谦，等.重载列车通过高架桥诱发地面振动传播与衰减规律的现场测试研究[J].岩石力学与工程学报，2018（S1）：3523-3532.

[2]李正川，冉汶民，易兵，等.列车运行下综合交通枢纽站房结构振动分析[J].铁道标准设计，2018（8）：127-131.

[3]李庆玲，于振龙.公路汽车振动对晋祠圣母殿宋代彩塑影响研究[J].文物保护与考古科学，2012（1）：49-55.

[4]杨东，林浩，李玉路，等.附建式变电站受地铁运行振动影响的研究[J].现代城市轨道交通，2017（6）：30-35.

[5]李宇东，马蒙，钱春宇，等.地鐵列车及路面交通引起古建筑微振动预测研究[J].都市快轨交通，2014（3）：47-52.

[6]张立彬，张楠，王小宁.重载列车导致的环境振动及控制对策[J].科技资讯，2012（15）：62-63.

[7]张琪昌，代英达，于跃斌，等.基于振动传递特性分析的快捷重载货车空载运行时的振动控制[J].天津大学学报，2018（9）：903-911.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑工程容许振动标准：GB50868—2013[S].北京：中国计划出版社，2013.