Abstrak: Makalah ini menyajikan masalah getaran yang dihasilkan oleh infrastruktur transportasi. Dua aspek pengaruh pada lingkungan disajikan: pengaruh berbahaya dari getaran pada orang dan efek pada objek rekayasa . Isi dari pekerjaan menyangkut identifikasi pengaruh dinamik, perencanaan studi, pembangunan model dan validasi parameter mereka. Metode simulasi, berdasarkan melakukan studi percontohan eksperimental setiap kali untuk tujuan analisis disajikan. Dalam dokumen ini , perhatian khusus diberikan untuk identifikasi sumber getaran ini, propagasi dan evaluasi dampak getaran yang disebabkan oleh sarana transportasi dan dioperasikan infrastruktur transportasi. Makalah ini menggambarkan langkah-langkah dalam penelitian dalam analisis, merangkum metode evaluasi yang ada dan menunjukkan cara evaluasi yang efektif untuk daerah studi dan tingkat interpretasi transparan pengaruh dinamis.
Kata kunci : Transportasi, Getaran gempa bumi, sistem lingkungan kendaraan dinamis, sistem vibroisolation.
I. Pendahuluan
Intensitas progresif lalu lintas dengan struktur yang kompleks dengan jenis di daerah perkotaan dan variasi lalu lintas sehari-hari menghasilkan perpanjangan jam sibuk lalu lintas. Perluasan wilayah perkotaan dan modernisasi infrastruktur transportasi di pusat kota membuat kemacetan tinggi lokal kendaraan berat di jalan-jalan kota. Kendaraan ini memberikan pasokan untuk latar belakang teknis situs konstruksi atau menghapus rampasan konstruksi, yang termasuk kategori kelompok limbah produksi. Dalam kasus tersebut, perubahan sementara dalam gerakan lalu lintas diperkenalkan, dan rute transportasi tempat pembuangan sampah yang ditelusuri. Dalam kasus transportasi orang, ada bentuk baru dari solusi komunikasi untuk penggantian atau mendukung jalur transportasi umum yang ada dengan, media yang lebih efisien. Tujuan utama dari penelitian ini adalah perumusan metode untuk analisis dampak lalu lintas jalan modernisasi yang ada di perkotaan, di tingkat getaran elemen infrastruktur, dengan perhatian khusus dibayar untuk :
- Perubahan jarak antara rute lalu lintas dan struktur teknik di sekitarnya
- Perubahan kemacetan lalu lintas harian di jalan-jalan arteri yang sementara mengambil alih lalu lintas dalam wilayah sebelum modernisasi,
- Perubahan kepemilikan tanah di sekitar investasi baru atau modern yang memiliki pengaruh langsung dalam dampak lingkungan.
Getaran elastis tanah yang disebabkan oleh kegiatan operasional manusia terkontrol atau tidak terkontrol (misalnya, transportasi ditangg ung getaran) memberikan hasil dalam gelombang bentuk paraseismic. Getaran yang datang dari unsur - unsur operasi infrastruktur transportasi dan sarana transportasi, disebarkan berdasarkan bumi di lingkungan sekitar dalam jangka waktu tertentu yang dikategorikan seperti gempa bumi, secara acak, statis - ergodik - proses. Motivasi kerja ini adalah kurangnya metode yang jelas dari evaluasi dan penilaian dampak hasil penelitian.
Fenomena dinamis dalam kendaraan sistem jalan roda menghasilkan penegakan kinematik ditransfer ke infrastruktur dan bermigrasi ke lingkungan. analisis yang dipilih siap untuk mempelajari interaksi dan prediksi, berdasarkan analisis jalur propagasi, untuk getaran yang berasal dari infrastruktur transportasi ke pengaruh lingkungan. Hal ini membutuhkan pemeriksaan individu dari setiap rute komunikasi, dengan tampil pada moda transportasi dengan tanda tangan dinamis khusus dari setiap sarana transportasi. Sumber dampak, poin interaksi, dan arah aliran sinyal penegakan dinamis ditunjukkan pada gambar.
Mengingat kompleksitas dampak, adalah penting untuk membuat tim studi interdisipliner, yang terdiri dari spesialis dari transportasi, mekanik konstruksi, mekanik tanah, atau bidang perlindungan lingkungan dalam rangka mempersiapkan laporan ahli diandalkan tentang dampak sarana transportasi di lingkungan setempat. Mekanisme generasi getaran (mis, dampak dari fenomena hubungan) dan transmisi di daerah perkotaan telah dibahas di banyak sumber bibliografi.
Untuk pembahasan rinci, analisis ketegangan dan evaluasi spektral getaran untuk objek rekayasa dilakukan evaluasi dan penilaian metode yang menggunakan software FEM, berdasarkan pada analisis rinci di tingkat mikro tersebut, masalah muncul ketika itu perlu untuk mempersiapkan analisis global, untuk seluruh rute transportasi, seperti seluruh jalan di aglomerasi perkotaan. Spesialis dari non-getaran sektor dampak fenomena tidak dapat menentukan potensi risiko berdasarkan hasil tes rinci. Untuk tujuan ini, pedoman untuk pembangunan Transportasi Dinamis Pengaruhi Sistem Evaluasi disediakan. Sistem ini didasarkan pada penggunaan model fenomenologis dalam pemeriksaan kejadian dinamis, seperti penyebaran getaran paraseismic. Beberapa asumsi didirikan, penuh arti menyederhanakan proses persiapan model dan tahap nya "Penyesuaian." Efek dari pengenalan model disederhanakan dalam analisis dan dampak dari penyederhanaan pada kualitas hasil yang telah diselidiki.
Gambar 1. Sumber dan arah dari interaksi yang dinamis
II. Metodologi Simulasi
Tujuan utama dari penelitian ini adalah penilaian cepat dan jelas dari efek dinamis yang diproyeksikan akibat ada modifikasi infrastruktur transportasi atau modernisasi rute transportasi. Tugas ini dilakukan oleh analisis berdasarkan studi eksperimen dan simulasi. Perhatian khusus (disebut fungsi tujuan) difokuskan pada efek dampak dinamis dari orang, tinggal sementara atau jangka panjang di zona pengaruh. Fungsi tujuan dicapai melalui pembangunan DTIES di lingkungan MATLAB. fungsi sistem memungkinkan untuk multi - kriteria dimensi dinamis dampak diperkirakan di daerah dianalisis, setelah pengenalan media transportasi baru. Solusi dari masalah melibatkan studi eksperimental, pilihan dan menerapkan metode yang tepat dari simulasi dalam memprediksi pengaruh dinamis, yang dihasilkan oleh bagian dari infrastruktur transportasi. Gambar 2 menunjukkan algoritma tindakan keseluruhan digunakan di DTIES.
Langkah pertama adalah wilayah pendaftaran tertib dampak, dengan mempertimbangkan sumber getaran VS, teknik objek EO, terletak di zona interaksi dan tiga dimensi medan digitalisasi, termasuk deskripsi simbolik dari daerah getaran, dengan mempertimbangkan umum lokasi sumber getaran dan rekayasa benda. Langkah ini diperlukan untuk memasukkan nilai numerik yang menggambarkan posisi geometris benda dan jarak. Dalam penelitian lain, matriks daerah digitalisasi digunakan untuk membangun lingkungan sistem visualisasi (di Simulink VRML). Ini bukan langkah sepele, tetapi dalam kasus ini tingkat tinggi detail tidak diperlukan. Tahap ini juga merupakan sebutan dari pengukuran lintas bagian MC dan poin sasaran pengukuran MP, untuk pengukuran dan penilaian dampak.
Mereka menyajikan sebutan tambahan karakteristik dinamis yang kompeten pengalihan fungsi getaran melalui tanah. Dalam kasus yang wajar, setelah pendaftaran sumber getaran yang ada, misalnya ketika merancang media transportasi baru dalam penelitian, pendaftaran sumber tambahan mewakili media baru di kondisi yang sama dilakukan. Dalam rangka untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi dari pengujian dalam domain waktu, pemodelan berdasarkan metode identifikasi sistem bila memungkinkan digunakan. Metode identifikasi sistem yang digunakan, untuk menentukan parameter dari model fenomena transmisi getaran. Untuk menguji hipotesis tentang pilihan yang benar struktur model kriteria informasi Akaike ini digunakan dalam penelitian ini.
|
KAIC = N ln σˆs2p + 2 p
|
(1)
|
||||||
|
KFPE = σˆs2p
|
N +
|
( p
|
+
|
1)
|
(2)
|
||
|
|
|
N
|
( p
|
|
1)
|
|
|
|
|
|
−
|
|
+
|
|
|
|
Gambar 2. Algoritma umum yang digunakan di DTIES
|
FIT = 1 −
|
yy− ye
|
100
|
(3)
|
|
|
y
|
|
|
Kriteria informasi Akaike ini FPE adalah kesalahan prediksi akhir Akaike. FIT adalah faktor fit, N adalah jumlah sampel sinyal dianalisis, p adalah barisan Model, σˆs2p secara eksperimental diperkirakan variansi kesalahan prediksi dari urutan p; y adalah nilai dari sinyal pada output dari objek yang diperoleh dari pengukuran, Y adalah nilai rata-rata dari sinyal output yang diperoleh dari objek pengukuran, ye adalah nilai sinyal pada output dari model objek yang diperkirakan. Item berikutnya adalah untuk melakukan analisis sinyal amplitudo dalam domain frekuensi. Dalam kasus penilaian dampak untuk struktur objek tidak ada (dalam tahap draft), ujian pertama memberi jawaban apakah benda dianalisis yang memenuhi persyaratan metode sederhana dari penilaian dampak, berdasarkan skala penilaian dinamis dampak SWD. Jika demikian, pengaruh berbahaya teoritis dievaluasi atas dasar menentukan karakteristik transmissibility getaran melalui tanah (model SISO), dengan mendapatkan vektor percepatan maksimum untuk poin medan yang dipilih, mengenai istilah yang digunakan dalam standar, menggambarkan posisi titik pengukuran "... di atas fondasi, di permukaan tanah, dari sisi sumber getaran".
Proses identifikasi parameter untuk jalur propagasi yang dipilih dilakukan sesuai dengan prinsip-prinsip yang berlaku mengidentifikasi objek nyata. akselerasi getaran gelombang diambil sebagai sinyal input, diukur pada masukan dari jalur propagasi. Karena struktur model tergantung pada keadaan input dan output, dan tidak tergantung pada komponen acak, model yang digunakan untuk analisis adalah linear, parametrik, stochastic, dan stasioner. Dalam jenis kelas ini, ARMAX ( Auto Regressive Moving Average with eXogenous input ).
Gambar 3. Pengkajian rinci menggunakan model SIMO
III. Metode penilaian dampak berdasarkan indicator
Langkah pertama dilakukan untuk perhitungan faktor beban getaran dalam gambaran umum, yang dihitung dengan rumus berikut menggunakan amplitudo percepatan (aa) untuk setiap arah dianalisis dari getaran dan frekuensi di band oktaf sepertiga
|
f ∀Ft k
|
∀D
|
VLFaak =
|
ak ( f )
|
(4)
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
ak
|
acc
|
( f )
|
|||||
|
∈
|
∈
|
|
|
|
|
|
|
|
di mana nilai-nilai yang dapat diterima
dapat dihitung sebagai berikut :
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
ak_rms—for people
|
|
||||
|
ak acc = ak_ max—for buildings
|
(5)
|
||||||
ak_rms, batas nalar manusia getaran ke arah k; r.m.s. nilai percepatan sesuai dengan standar, ak_max, percepatan diterima dari nilai getaran, mendefinisikan batas bawah memperhitungkan pengaruh dinamis pada struktur bangunan ke arah k, sesuai dengan standar.
IV. Hasil
Bagian ini menunjukkan contoh hasil penelitian yang diperoleh oleh operasi sistem TDIES. Hasil penelitian eksperimental ditunjukkan dalam Gambar. 4, 5, dan 6, untuk analisis situasi jalan yang nyata. Hasilnya diserahkan pada skala global, untuk memilih sembilan mengukur penampang (nomor urutan 1-28), di mana hanya ada empat lantai objek rekayasa. Bangunan tempat tinggal yang dianalisis tua yang dibangun pada awal abad kedua puluh. Keadaan pemeliharaan bangunan menunjukkan perlunya untuk mempersiapkan penelitian pengaruh getaran. Mereka tidak memiliki vibroisolation sistem, dan jarak ke sumber terdekat getaran kurang dari 10 m (termasuk posisi lateral dan vertikal dari tabung metro). Alasan utama dari tes adalah pengenalan jalur metro baru di daerah ini. sumber getaran tambahan yang trem dan satu jalur lalu lintas jalan memiliki empat jalur.
Struktur lalu lintas terdiri dari mobil, bus, dan van. Dalam karya ini, perbandingan evaluasi keseluruhan getaran selama 44 objek dimodelkan oleh FEM, dan hasil analisis yang dilakukan dengan metode kotak hitam yang disederhanakan yang dilakukan. Ada juga hasil perbandingan diperoleh dengan menggunakan kedua metode. Dalam kasus ini, itu perlu untuk menganalisis hanya situasi yang ada, dan tidak ada kebutuhan untuk peramalan dan simulasi penelitian. Hasil aktual dari akselerasi getaran di arah lateral terdaftar in situ digunakan untuk menghitung VLF. Gambar 4 menunjukkan faktor VLF amplitudo, diperoleh selama sembilan mengukur penampang milik salah satu jalan. Nilai percepatan getaran dinilai dalam arah melintang ke jalan poros. standar ISO dan standar Polandia lokal menyarankan mempertimbangkan dampak getaran pada objek rekayasa di kisaran 1-100 Hz, karena di daerah ini terdapat ancaman nyata untuk struktur. standar ISO menunjukkan nilai yang lebih besar dari frekuensi getaran dianalisis.
Nilai-nilai normatif, rentang, dan batas diadopsi atas dasar undang-undang yang ada berlaku di Polandia dan Uni Eropa. Sepanjang, analisis dilakukan, yang dibenarkan oleh koefisien pencocokan yang lebih baik FIT (3) diperoleh untuk model SISO / SIMO. Untuk keperluan pemodelan menggunakan analisis FEM, berkisar 1-512 Hz digunakan untuk identifikasi yang lebih baik dari reaksi akustik jendela di gedung. Seperti yang ditunjukkan di atas, indeks sepele berdasarkan penilaian akselerasi (4) menunjukkan gejala yang mengkhawatirkan.
Gambar 4. Indeks amplitudo logaritmik untuk bagian pengukuran yang dipilih
terletak di salah satu jalan; y arah, sumber getaran dampak kumulatif dari semua moda transportasi pada saat yang sama
Gambar 5. Faktor global VLF yang dihitung untuk perubahan maksimum di turunan dari percepatan, bangunan empat lantai yang terletak di jalan yang dipilih
Gambar 5 menunjukkan nilai-nilai global faktor VLF berdasarkan perubahan maksimum di turunan dari percepatan, untuk bangunan empat lantai yang terletak di jalan yang dipilih. Tiga arah (x, y, z) dianalisis pada saat yang sama. sumber utama getaran adalah jalur metro. percepatan aktual dianalisis, dengan kemudian memperoleh derivatif untuk mendapatkan sentakan yang digunakan untuk menghitung VLF. Seperti yang ditunjukkan di atas, eksploitasi jalur bawah tanah (terutama dangkal terletak kereta api bawah tanah), dapat menyebabkan respon akustik dari kaca dan dinding permukaan dan struktur.
Gambar 6 menunjukkan nilai maksimum faktor logaritmik beban energi getaran dari benda struktur rekayasa. Hasilnya ditunjukkan untuk mengukur penampang yang dipilih, yang berisi sembilan bangunan di jalan yang dipilih. arah horisontal (x, y) dari interaksi dianalisis. Sumber getaran paraseismic adalah dampak kumulatif dari semua moda transportasi. Analisis skala global, ditunjukkan pada Gambar. 6, menunjukkan resiko melebihi batas aman (PSO = 2), yang disebabkan oleh energi dari dampak getaran di 27 dan 28 pengukuran penampang untuk frekuensi di kisaran 20-40 Hz. Faktor keselamatan yang tepat untuk bangunan dengan nilai 0,7 digunakan dalam analisis (ditandai b), yang sesuai dalam Peraturan. Dampak sumber berasal dari (gempa bumi) getaran mekanis tanah-ditanggung. arti fisik menunjukkan getaran energi terbesar diarahkan ke objek di daerah. Getaran dalam rentang frekuensi ini secara signifikan menurunkan kenyamanan tinggal di kamar. Tingkat diamati dari getaran tidak mempengaruhi kemungkinan kerusakan struktur objek. Getaran di bawah batas bawah, ketika mempertimbangkan interaksi bangunan yang dinamis.
Gambar 6. nilai maksimum dari faktor logaritmik beban getaran energi untuk struktur bangunan
V. Penutup
Metode yang disajikan meningkatkan penilaian melaksanakan interaksi yang dinamis di sekitar daerah transportasi. Menghasilkan hasil untuk faktor beban getaran, dibagi menjadi skala empat langkah dari rincian, memungkinkan untuk pengetahuan isu untuk kedua analisis ahli dan untuk sektor yang tidak terkait dengan interaksi yang dinamis. Skala empat langkah dalam domain permukaan, meliputi bagian yang berbeda dari daerah dianalisis (mikro, makro, lokal, dan tingkat global), membantu dalam analisis hasil.
Penggunaan VLF indikator, untuk mengevaluasi interaksi dinamis yang dihasilkan oleh kendaraan dieksploitasi, memperkenalkan kualitas baru di bidang analisis dampak. seleksi individual indikator untuk evaluasi dampak getaran pada orang atau benda memungkinkan untuk mengembangkan multi-kriteria pendekatan untuk mengukur getaran di lingkungan. Pembangunan sistem dampak dinamis adalah masalah yang sangat kompleks, yang membutuhkan evaluasi yang sewenang-wenang dari situasi. Dalam kasus struktur yang ada dalam kondisi teknis yang baik, struktur baru dan struktur diproyeksikan, hasil yang paling akurat dari perhitungan simulasi berasal dari metode FEM. Hal ini memungkinkan untuk menunjukkan secara akurat semua dampak di setiap titik dari mesh elemen hingga. akurasi tinggi ini diperlukan untuk struktur terkena tingkat getaran yang melebihi atau dekat dengan tingkat yang dapat diterima. Namun, ia memiliki satu kelemahan: perlunya perhitungan jangka panjang dan model kalibrasi relatif sulit, yang, dalam kasus struktur teknik nyata, menyajikan hambatan yang signifikan dalam pembelajaran.
Untuk struktur tersebut, metode "kotak hitam" yang mewakili perilaku dinamis dengan penggunaan metode identifikasi sistem tampaknya lebih tepat. Kedua metode yang kompatibel dengan standar ISO. Metode ini memberikan jawaban dalam satu, titik tepat dipilih, yang cukup dari sudut pandang evaluasi umum dampak getaran pada manusia. "Kotak hitam" metode tidak memungkinkan untuk menganalisis distribusi getaran di wilayah yang diteliti. Untuk tujuan ini, solusi yang lebih baik memberikan metode berbasis FEM. Tetapi pada akhirnya, pengaruh estimasi pada orang-orang sesuai dengan Standard, kita harus menggunakan hanya satu titik (dengan rms maksimum nilai percepatan di lantai). Metode "kotak hitam" menunjukkan getaran di satu titik, tapi ini tampaknya cukup terutama untuk objek rekayasa, selama evaluasi sederhana dari getaran tanah di permukaan tanah. Reaksi accoustical kaca dan dinding permukaan dan struktur lebih mudah untuk mendeteksi menggunakan VLF berdasarkan brengsek. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5, indikator berdasarkan hentakan bereaksi lebih cepat untuk frekuensi yang lebih tinggi; dengan demikian, dapat disimpulkan dengan peningkatan risiko respon akustik, ketika nilai-nilai batas terlampaui. Memadai, indikator VLF berdasarkan perpindahan dapat digunakan untuk perhitungan kekuatan untuk struktur pendukung objek, dalam kombinasi dengan hipotesis Huber untuk baja dan hipotesis Coulomb-Mohr untuk struktur beton.
Referensi
1.
Adamczyk, J., Targosz, J.: Vibroisolation of automobile road
elements. In: Proceedings of the 1st IC-SCCE, Athens (2005)
2.
Ciesielski, R., Macia˛g, E.: Road vibrations and their effect on
buildings, p. 248. WKŁ, Warsaw (1990)
3.
Chudzikiewicz, A., et al.: Monitoring of railway vehicle-track
system dynamic, monograph in polish (Monitorowanie stanu ukladu dynamicznego
pojazd szynowy-tor). WUoTPH, Warsaw (2012). ISBN 978-83-7814-050-4
4.
Chudzikiewicz, A.: Symbolic modeling in simulation research of
rail vehicle. Arch. Transp. 9(3–4),
15–25 (1998)
5.
Chudzikiewicz, A., Dro´zdziel, J., Sowi´nski, B.: Mathematical
model of track settlement caused by dry friction. Arch Transp. 21(3–4), 25–38 (2009)
6.
Korzeb, J., et al.: Research project no. N N509 501 838,
entitled: Evaluation of the transportation routes impacts for people staying in
their zone of influence, report in polish (System oceny wpływu szlaków
komunikacyjnych na ludzi przebywaja˛cych w strefie ich oddziaływania) Faculty
of Transport, Warsaw University of Technology, Warsaw (2010/12)
7.
Korzeb, J.: Construction of an evaluation system for dynamic
impacts on transportation investment impact zones. In: Proceedings of 4th
IC-EpsMsO, vol. 1, pp. 165–170. Patras University Press, Athens. ISBN
978-960-98941-7-3 (2011)
8.
Korzeb, J.: Prediction of selected dynamic impacts in the
transport infrastructure impact zone, monograph in polish (Predykcja wybranych
oddziaływa´n dynamicznych w strefie wpływu infrastruktury transportowej),
Scientific Papers of Warsaw Uni-versity of Technology, Transport Series, No.
90, ISSN 1230–9265, ISBN 978-83-7814-111-2, WUoTPH, Warsaw (2013)
9.
Korzeb, J., Ilczuk, P.: The use of parametric models in
simulation the propagation of transport borne vibration (in polish Zastosowanie
modeli parametrycznych w badaniach symulacyjnych propagacji drga´n
transportowych), Logistics (logistyka), 4/2011, CD/pp. 428–435
10. Korzeb, J., Ilczuk, P.: The use
of VRML environment for visualization of selected dynamic interactions in urban
agglom-eration. (in polish Wykorzystanie srodowiska´ VRML dla potrzeb
wizualizacji wybranych oddziaływa´n dynamicznych w aglomeracji miejskiej).
Warsaw University of Technology, Scientific Papers, a series of Transport, Z.
98, OWPW, Warszawa 2013r., s. 301–310
11. Nader, M., Korzeb, J.: Dynamic
interactions in the transport infrastructure environment. Vib. Phys. Syst. XXV. Ed. by Cempel, C., Dobry, M.
Poznan University of Technology, pp. 459–468, ISBN 978-83-89333-43-8. Comprint,
Poznan (2012)
12. Nader, M., Ró˙zowicz, J., Korzeb,
J.: Simulating investigations of traffic generated vibrations influence on
people staying in buildings. In: Proceedings of 36th INTER-NOISE, CD, Istanbul
Turkey (2007)
13. Rakowski, G., Kacprzyk, Z.:
Finite Elements Method in Construction Mechanics. Publisher WPW, Warsaw (2005)
14. Regulation of Council of
Ministers of 9 November 2010. About the projects likely to have significant
effects on the envi-ronment, OJ Item No. 213, pos. 1397
15. Regulation of Infrastructure
Minister, 17th of June 2011, Concerning the technical conditions to be met by
underground building facilities and their location. Not. by European
Commission, OJ It. No. 144, pos 859
16. Standard ISO 4866(1990–1996),
Mechanical vibration and shock—vibration of fixed structures—guidelines for the
mea-surement of vibrations and evaluation of their effects on structures
17. Standard ISO 14837–1(2005): Mechanical vibration and
shock—ground borne mechanical vibration arising from rail systems
18. Standard PN-85/B-02170 (1985)
Evaluation of vibration transmitted through the ground on buildings
19. Standard PN-88/B-02171 (1988)
Evaluation of the impact of vibration on people in buildings
20. S˝oderstr˝om, T., Stoica, P.:
System Identification. Publisher PWN, Warsaw, ISBN 83-0112158 (1997)
21. Zieli´nski, T.P.: Digital signal
processing. From theory to applications. (in polish Cyfrowe przetwarzanie
sygnałów. Od teorii do zastosowa´n). WKiŁ, ISBN 978-83-206-1640-8, Warszawa
2009, s. 832
