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清华大学精密仪器环境振动影响评价
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第３２卷第３期 ２０１２年８月 桂林理工大学学报 Ｖ０Ｉ．３２ Ｎｏ．３ Ａｕｇ． ２０１２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 文章编号：１６７４—９０５７（２０１２）０３—０３６０—０６ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—９０５７．２０１２．０３．０１４ 清华大学精密仪器环境振动影响评价 杨宜谦，尹 京，刘鹏辉，董振升，姚京川 （中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京１０００８１） 摘要：清华大学东配楼内安装有多台精密仪器，为预测将来地铁１５号线产生的振动影响，对该楼 内、外的环境振动进行了现场测试（包括垂向和两个水平向的振动加速度、速度），分析和评价了铁 路、地铁、公路产生的环境振动现状对精密仪器的影响和地面振动传播规律。当京包铁路、地铁ｌ３ 号线有列车通过时，三方向振动水平均不能满足Ｔｉｔａｎ、Ｔｅｃｎａｉ、ＪＥＭ电镜和原子力显微镜的使用要求。 当铁路和地铁均无列车通过、但存在公路交通时，Ｔｉｔａｎ电镜垂向和南北水平向振动水平不能满足要 求，但东西水平向满足要求；ＪＥＭ电镜东西水平向振动水平轻度不满足要求，垂向和南北水平向满足 要求；Ｔｅｃｎａｉ电镜和原子力显微镜三方向均满足要求。楼外地面垂向和东西水平向的振动加速度峰值 和有效值均随振源距离的增大而衰减，在距京包铁路２００ ｍ以外衰减逐渐趋缓。但是东西水平向振动 （４０ Ｈｚ以上）在距京包铁路约５０—８０ ｍ范围存在放大区。 关键词：环境振动；振动影响；精密仪器和设备；电子显微镜；振动敏感；铁路；地铁；评价 中图分类号：ＴＢ５３３．２；ＴＵ３１１．３；Ｘ１２１ 文献标志码：Ａ 随着城市化进程和公共交通的发展、仪器分 场测试，分析和评价了铁路、地铁、公路交通产 辨能力的提高，交通环境振动对科研单位和高等 生的环境振动现状对精密仪器的影响和地面振动 院校的精密仪器、振动敏感设备的影响越来越 传播规律。由于篇幅所限，叠加地铁１５号线的振 大 －３］。１９８３年，Ｕｎｇａｒ等第一次提出了针对振动 动影响的预测将在后续的文章中介绍。 敏感设备的ＶＣ准则 ，经过多次补充和修改 ， 美国环境科学技术学会（ＩＥＳＴ）采纳了这一准则， １ 概况 于１９９３年和２００７年颁布了《洁净室设计的注意 １．１ 清华大学东配楼周边交通环境现状 光华路（校园内公路）位于该楼东边２０ ｍ，主 事项》标准第１版和第２版 ，该标准被ＩＳＯ和 世界各国相关标准引用，在电子工业、纳米技术、 要运行小轿车。荷清路（校园外公路）位于东边 计量等技术领域得到广泛应用。 １８０ ｍ，主要运行公交车、中型客车、小轿车。北京 北京地铁ｌ５号线一期计划设置清华东站，该 地铁１３号线双线（高架）位于东边２１０ ｍ，行车速度 站设置有站后折返线，岔心距清华大学东配楼东 ５０ ｋｍ／ｈ左右，Ｂ型车６节编组，定员轴重１４ ｔ，行车 南角纵向距离２４５ ｍ，横向距离５６ ｍ。东配楼内 间隔５—７ ｍｉｎ（高峰期为２．５ ｍｉｎ）。京包铁路双线 安装有多台精密仪器，为预测将来地铁１５号线的 位于东边２２０ ｍ；普通客运列车和动车组，速度约 振动对这些仪器正常工作的影响，２０１１—０６测试 ４０ ｋｍ／ｈ，轴重１４～１５．５ ｔ；货运列车，速度约３０ 了东配楼内、外的环境振动现状。 动现状进行了三方向地面振动加速度、速度的现 收稿日期：２０１２—０６—０１ ｋｍ／ｈ，轴重２１ ｔ；行车间隔约３０—４０ ｍｉｎ。 清华大学东配楼为４层混凝土框架建筑，东西 本文对清华大学东配楼楼内、外地面环境振 １．２清华大学东配楼精密仪器状况 基金项目：中日韩铁路技术合作研究项目（２０１１ＹＪ９３） 作者简介：杨宜谦（１９７０一），男，博士，研究员，研究方向：环境振动预测评估控制、结构动力学，ｙｑｙａｎｇ＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ。 引文格式：杨宜谦，尹京，刘鹏辉，等．清华大学精密仪器环境振动影响评价［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１２，３２（３）：３６０—３６５．
桂林理工大学学报 ２０１２正 基础上（断面５，距京包铁路中心线约２２０ ３电子显微镜和原子力显微镜振动要求 ＾ ．Ｅ Ｉ）＼艘曩 较 ｃ，Ｉ ｍ，０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｈ ２．２测试工况 电子显微镜的容许环境振动为振动加速度限 测试数据共计２１５组，主要分为以下４种工 值，而原子力显微镜为振动速度限值。 况：工况１，京包铁路单线和北京地铁１３号线双 ３．１ 振动加速度控制要求 线会车，共计１组数据；工况２，北京地铁１３号 Ｔｉｔａｎ电镜振动限值见图６，Ｔｅｃｎａｉ和ＪＥＭ电 线双线会车，共计３组数据；工况３，北京地铁１３ 镜振动限值见图７。图中戈０分３个区域：加速度有 号线单线影响，共计１４９组数据；工况４，铁路和 效值位于Ｉ区，仪器可以正常工作，以下将此区 地铁无行车，但存在公路交通，共计６２组数据。 限值称为Ｉ区限值；位于Ⅱ区，仪器测量结果需 ２．３测试仪器和数据采集处理 进一步分析，以下将此区限值称为Ⅱ区限值；１Ｉ 测试仪器采用８９１—２型传感器及放大器、德 区以上，仪器不能正常工作。 国Ｉｍｃ Ｃ１型数据采集模块。采样频率为５００ Ｈｚ。 ３．２振动速度控制要求 对振动信号进行１／３倍频程分析，计算每个中心 原子力显微镜的容许振动速度为ＩＥＳＴ的ＶＣ 频率的振动加速度、速度有效值，以评价对精密 —Ｄ准则［６ ３，在１—８０ Ｈｚ范围内容许振动速度为 仪器的振动影响，并了解地面振动传播规律。 ６．２５ Ｉ￣ｍ／ｓ。 。？ｌＯ＇ 羹 醛０ －０ 呈 ｌ０ 图６ Ｔｉｔａｎ电镜垂向（ａ）、东西向（ｂ）、南北水平向（Ｃ）容许振动加速度 Ｆｉｇ．６ Ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ