王立安，赵建昌，李奎奎

(兰州交通大学 土木工程学院，兰州 730070)

交通基础设施的大规模建设使得越来越多的民房和古建筑处于道路沿线，由此造成的环境振动问题日益受到关注.轨道列车由于载荷大、速度快，引起的振动能量大、传播距离远，造成的环境振动影响更大.因此，近些年关于轨道列车引起的环境振动研究较多[1-5]，而关于汽车引起的振动研究很少.对于抗震等级较低的民房和古建筑而言，其结构强度低、振动敏感度高，在重载汽车的反复振动影响下，其结构振动损伤同样不容忽视[6-7].由于地基土体是一种复杂介质，涉及到很多物理和力学参数[8]，加之汽车又是多自由度复杂系统，所以，分析汽车行驶引起的地表振动是一个极其复杂的问题.该问题的研究，目前主要采用理论分析和数值模拟的方法，文献[9-10]通过数值模拟对重型卡车行驶引起的地表振动做了仿真研究.严战友等[11]构建整车-橡胶轮胎-沥青路面三维有限元模型分析了路面各结构层动力响应，并通过实际测量对模型做了验证.文献[12-13]利用力学建模和解析求解分析了车-路-基系统的耦合振动响应.孙璐等[14]采用路面功率谱密度反映路面不平整度，研究了车辆-路面相互作用的动力荷载.

针对汽车行驶引起周边环境振动问题，本文利用动态信号采集系统现场实测重载汽车行驶产生的地表振动信号.通过分析振动加速度峰值随振源距离的变化曲线，得到振动能量沿地表的传播和衰减规律.经过频谱分析，获得重载汽车引起地表振动的频率分布规律，最后讨论汽车行驶速度对地表振动的影响规律.

1 振动测试

1.1 测试方案

选择道路两侧的空旷地面作为测试场地，利用三轴载重汽车以不同车速沿道路匀速行驶诱发地表振动，然后使用动态信号采集仪采集周围地表的振动加速度时程信号.动态信号采集仪采用东华测试技术有限公司生产的DH5922动态测试仪和D610拾振器，测试仪器和测试流程示意图如图1所示.

测试场地上部土体主要由第四系全新统(Q4)冲洪积黄土状粉土组成，该层厚度较大，层厚为4～6 m.场地下部为第三系泥岩，无地下水.场地土体的基本参数如表1所列，重载汽车的技术参数如表2所列.

表1 场地土体参数Tab.1 Geological parameters of the site

表2 汽车参数Tab.2 Basic parameters of vehicle

1.2 测点布置

沿道路垂直方向等间距布置5个测点(D1～D5)，测点间距为10 m.在每个测点处布置3个方向的拾振器，分别采集x、y、z方向的振动加速度，其中x方向与道路垂直，y方向平行于道路，z为竖直方向，测点布置如图2所示.

1.3 信号采集

采集的行车速度为30 km/h时，测点D1、D3、D5的三方向振动加速度时程信号如图3～5所示.对比图中振动波形发现，x、z方向的振动非常明显，而y方向的振动很微弱，其中z方向的振动峰值最大.随着测试距离的增大，振动峰值显著减小.

测点D2在不同车速时，z方向振动加速度时程信号的结果对比如图6所示，图中可以看出，随着车速的增大，振动加速度峰值也随之增大.

2 结果分析

2.1 振动衰减分析

通过统计各测点的振动加速度峰值，可分析出振动能量随振源距离的衰减情况.不同车速时三个方向振动加速度峰值沿距离的衰减曲线如图7所示，观察图中曲线可知，振动能量在近场的衰减速度较快(约20 m范围内)，距离振源较远时，振动衰减速度减缓.根据规范[15]的规定，对于本文测试中载重35 t的三轴卡车，其振动影响范围约为45 m.

2.2 频谱分析

对采集的振动加速度时程信号做傅里叶变换，即可得到频域信号.测点D1、D3、D5的三个方向频谱曲线如图8所示，分析图中曲线可知，重载汽车行驶引起的地表振动频率主要分布在10～20 Hz，随着振源距离增大，频率分布将逐渐变窄，振动峰值频率主要集中在15 Hz附近.

不同车速时z方向的频谱曲线对比如图9所示，图中发现，汽车行驶速度对地表振动峰值产生较大程度的影响，而对地表振动的频率分布几乎没有影响.

3 结论

针对重载汽车行驶引起的环境振动问题进行现场实测研究，通过重载汽车现场跑车激振并利用动态信号采集系统对地表振动加速度时程信号进行采集.对振动峰值沿距离的衰减曲线和频谱曲线进行对比分析后总结出以下结论：

1) 重载汽车行驶引起的地表竖向振动较大，而水平振动较小.

2) 地表振动在近场范围内迅速衰减，随着距离增大，衰减速度趋于减缓.

3) 汽车行驶诱发的地表振动频率主要分布在10～20 Hz，随着振源距离的增大，频率分布区域逐渐变窄，峰值频率始终保持在15 Hz附近.

4) 汽车行驶速度对地表振动幅值影响较大，而对地表振动频率几乎没影响，车速越快地表振动幅值越大.