地铁列车荷载作用下砖石古塔振动响应研究

【摘要】：为研究地铁荷载作用下砖石古塔的振动响应和安全性，以武汉洪山宝塔为研究对象，对该塔进行地脉动测试，基于随机振动理论计算其前2阶自振频率与相应振型。建立数值计算模型，得到模型的自振频率和振型，参照脉动测试结果对模型进行校核。基于校核后的有限元模型，研究地铁列车荷载作用下塔体各层最高处的水平振动速度的变化规律，并参照国家规范对不同工况下的塔体安全性进行评估。研究结果表明：宝塔在东西和南北方向的前2阶频率接近，振型也十分相似且均为平动振型。地铁运行引发的古塔振动主频率为0～15 Hz。各层最高处水平振动速度沿楼层高度方向均呈现先增大后减小随后再增大的趋势，最终在顶层达到最大值。随着振动源水平距离的增加，古塔各层最高处水平向振动速度总体均呈减小趋势，但在一定范围内存在振动放大区。该区域内的顶层水平速度的增幅虽未超过国家规范中省级文物保护单位的振动限值，但由于古建筑对振动速度的变化非常敏感且古建筑保护级别是动态的，类似于上述的增幅对古建筑是潜在隐患，建议在进行地铁线路规划时，应尽量避免将古建筑处于振动放大区内。在选定工况下，洪山宝塔与地铁线路的安全距离为12.5 m。研究成果可为古建筑周边轨道交通的设计规划工作提供参考。