双圆地铁运营动力响应及隔振研究

研究目的:地铁列车运营引起的周围环境振动研究是近年来的热点课题,如何在贴近实际工程的情况下准确、快速地对地铁隧道及地基的振动变形作出计算预测是研究的关键所在。为研究双圆地铁运营时的动力响应问题及隔振沟的减振效果,本文基于2. 5维有限元法首次建立双圆地铁列车-轨道-地基土分析模型,分析双圆地铁运行荷载下隧道埋设深度、列车行车速度等重要因素对地基及轨道振动的影响,以及空沟、填充沟及波阻板的隔振效果。研究结论:(1)列车运行速度越大、隧道埋深越浅,地表振动强度越大;(2)在隧道隔振措施方面,空沟前振动存在放大的现象,空沟的隔振作用体现在沟后;填充沟、波阻板整体隔振效果较好,增大填充沟深度、宽度以及波阻板厚度可有效提高减振效果;(3)双圆地铁运营时的动力响应及隔振沟减振研究成果可为今后地铁振动预测及隔振措施设计提供参考。     

空沟隔振对瑞利波传播影响的理论研究

采用理论分析方法研究土体振动在空沟底部犄角处的变截面反射与透射,以及瑞利波在空沟处的变化规律,得到瑞利波的衰减规律与空沟参数之间的关系,推导出沟外侧任意一点土体振动的计算公式。根据计算公式,对沟外侧不同位置处的土体在有无空沟条件下的振动幅值与频谱进行对比分析。结果表明:空沟深度对瑞利波的隔振效果影响明显,并且随着空沟深度的增加,空沟外侧的土体振动衰减得越多;对空沟而言,越高频率的振动衰减越明显,在同样的隔振效果条件下,随着频率减小,空沟深度应越来越深。     

高速铁路空沟减隔振措施数值分析与模型试验

空沟减隔振措施由于隔振效果明显、施工方便而在高速铁路减隔振工程中得到广泛应用。通过有限元软件ABAQUS对距离振源一定远固定位置处的振动情况进行数值分析,并通过缩尺模型试验分析相似工况下空沟减隔振措施的减隔振效果以及影响其减隔振效果的因素。对比分析结果表明:设置空沟可有效地阻隔振动波在土体中的传播,使土体的振动加速度明显减弱;空沟深度对距离振源一定远固定位置处的减隔振效果影响显著,设置空沟减隔振措施可使该区域的振动加速度衰减20%~60%;空沟宽度对距离振源一定远固定位置处的减隔振效果影响不明显,宽度的增加不能很好地降低该区域的振动加速度。     

空沟减隔振对路基本体影响效果的试验研究

在我国交通运输中,高速铁路因具有明显的优越性得到日益发展,但随之而来的振动公害问题也日益突出,对周边建筑物及地下管道、生活环境和工作环境具有不可忽视的影响。基于此,各种减隔振措施相应出现,减隔振措施通过对波的反射、散射和衍射而产生一定的减隔振效果,同时不可忽略的是因为波的反射导致高速铁路路基振动加剧。针对以上问题,通过进行1 g条件下空沟减隔振措施的室内模型试验,分析空沟减隔振措施对高速铁路路基本体的影响效果。研究结果表明:空沟减隔振措施在发挥其减隔振作用的同时会对路基本体产生影响;空沟宽度改变对高速铁路路基本体振动加剧影响不明显;空沟深度改变是影响高速铁路路基本体振动加剧的主要因素,随着深度的增加对路基本体振动加剧效果越明显;空沟与高速铁路路基本体的距离改变对路基本体振动加剧影响也很显著。     

高速铁路空沟减隔振效果及影响因素数值分析

为了研究高速铁路空沟减隔振措施的减隔振效果及其影响因素,以空沟后侧土体为分析对象,采用数值分析方法找出不同工况条件下空沟后侧土体的振动规律,并引入空沟后侧土体的平均加速度值来评价空沟减隔振效果及其影响因素。研究结果表明:设置空沟减隔振措施可使空沟后侧土体平均加速度值衰减30%~80%;空沟深度对减隔振效果影响显著,但增加至一定深度后,其减隔振效果增强幅度减小;空沟宽度对减隔振效果影响不明显,宽度的增加不能很好的降低空沟后侧土体的平均加速度值,还可能导致平均加速度值的增大;在列车荷载幅值相同的条件下,空沟的减隔振效果随频率的升高而增强,当频率升高至一定程度后,减隔振效果变的平稳。     

填料性质对砂土填充沟隔振效果的影响试验研究

为了研究砂土填充沟对高速列车产生的振动波能的隔振效果,通过室内砂土填充沟隔振模型试验,分析了砂土粒径、含水率及密度对砂土填充沟隔振效果的影响。结果表明:在本文试验条件下,在近场主动隔振中砂土填充沟具有明显的隔振效果,降振幅度最大达80.20%;对于中低频振动,填充沟边缘处的隔振效果极为显著,距沟边缘越远隔振效果越弱;填充砂粒径的变化对隔振效果的影响并不显著;填料不宜选用级配优良的砂土;对于中低频振动砂土含水率越大隔振效果越明显,而高频振动不受砂土含水率的影响;填充砂密度与周围土体密度差的越大,砂土填充沟隔振效果越显著。     

高速铁路空沟隔振数值分析

研究目的:随着高速铁路在我国大量建设,其诱发的环境振动问题变得日益突出,空沟因其施工方便且隔振效果相对较好而在实际工程中得到较多应用,本文采用数值分析研究空沟的深度、宽度及荷载的频率对隔振效果的影响.研究结论:使用无限元和黏弹性边界模拟半无限空间能取得较好的计算结果,计算结果表明空沟的深度在1.0～4.0m时对隔振效果影响显著,宽度对隔振效果影响不大,空沟对近场隔振优于远场隔振.幅值一定,高频荷载作用下空沟具有更好的隔振作用,低频荷载作用下较深的沟深才能达到理想的隔振效果.     

轨道交通路基段减隔振屏障的模型试验研究

为了研究不同因素对屏障减隔振效果的影响,通过模型试验得到300 Hz内10 Hz整数倍的不同频率简谐荷载引起的振动波在地表的传播衰减规律,并对比分析无屏障及钢筋混凝土板、泡沫塑料板、非连续空井排、连续空井排、不同排距排桩、不同排数排桩等不同减隔振屏障措施的减隔振效果。试验结果表明:钢筋混凝土板屏障的减隔振效果最好;非连续空井排屏障与排桩屏障的减隔振效果无明显差异;当桩距固定为1.5倍桩径,调整排距至2.5倍桩径时,排桩屏障的减隔振效果最佳;排数越多,排桩屏障的减隔振效果越好;在各类减隔振屏障后均存在一定范围的振动隔离区,在振动隔离区范围外,屏障的减隔振效果消失。     

列车移动轴荷载作用下的地面振动及隔振研究

基于动力学理论和三维有限单元分析方法,建立列车移动轴荷载作用下的三维地面振动数值分析模型。以3辆编组的列车为例,考虑列车速度的影响,分析了振动在大地中的传播特性和隔振沟的减振效果。结果表明,列车移动轴荷载引起的竖向地面振动比横向振动大,隔振沟能对竖向地面振动起到较好的减振效果。     

铁路隔振沟减振的数值分析

通过建立铁路隔振沟对轨道减振分析的力学模型,运用ANSYS大型有限元通用软件对隔振沟深度、隔振沟宽度及隔振沟位置对隔振沟减振效果进行分析。结果表明:隔振沟深度是影响减振效果的主要因素,随着隔振沟深度的增大其减振效果逐渐增强;而隔振沟宽度和隔振沟位置对隔振沟减振效果影响不大;隔振沟对高频振动的减振效果尤为明显。     

高速铁路连续隔振措施减隔振效果试验研究

为了研究连续隔振措施减隔振效果及对不同措施减隔振效果进行比较分析,通过在模型箱内布设不同连续隔振措施,以土体表面加速度作为评价标准,分别研究空沟和橡胶颗粒、沙、碎石填充沟减隔振效果。研究结果表明:土体表面加速度随距离振源增大而减小,较近处衰减比较快,随着频率增加相应位置加速度减小;空沟减隔振效果明显,其深度影响显著,而宽度对其效果影响不大;橡胶颗粒、碎石填充沟减隔振效果不显著;沙子填充沟对波的阻隔效果较强,随着沙密度增加减隔振效果增强;几种隔振措施优劣顺序为空沟、沙填充沟、橡胶颗粒填充沟和碎石填充沟。     

铁路路基填充屏障隔振效果的模型试验研究

为了研究铁路路基不同材料填充屏障的隔振效果,通过不同激振频率下的模型试验,分析了无屏障、空沟屏障、沙子填充屏障、碎石填充屏障、橡胶颗粒填充屏障5种填充屏障对土体振动的影响规律。结果表明:空沟屏障隔振效果最佳,沙子填充屏障隔振效果相对较差;在距填充屏障较近位置处,不同填充屏障隔振效果相差较大,随着距离的增加,各填充屏障隔振效果逐渐接近;碎石填充屏障对振动波的反射最为剧烈,为无屏障时的1.62倍;橡胶颗粒填充屏障对振动波能量的吸收效果较好,对振动波的反射较小,为无屏障时的0.74倍。     

浮置板式轨道结构隔振效果仿真研究

建立列车—轨道结构耦合系统有限元模型,将轨道不平顺作为列车—轨道结构耦合系统的激励源,对普通碎石道床轨道结构和浮置板式轨道结构的列车—轨道结构耦合系统动力学性能进行仿真研究,对比分析这2种类型的轨道结构系统振动响应与系统振动传递函数,评价浮置板式轨道结构的隔振效果。分析结果表明,浮置板式轨道结构与普通碎石道床轨道结构相比,振动加速度降低约70%,距线路5 m处大地振动加速度响应峰值降低约62.8%,相应Z振级衰减约10 dB,竖向振动加速度频率范围由0~200 Hz降到0~60 Hz,有效起到了振动隔离效果。     

高速列车变压器减振设计及试验验证

以高速列车变压器为例,基于隔振理论与车下设备振动特性,提出了变压器减振设计方案,并进行减振效率分析。通过振动测试试验,对变压器减振效果进行验证,结果表明当变压器独立悬挂频率设计为9 Hz时,变压器振动频率可以有效避开车体的模态频率,且振动衰减效果明显。     

不同隔振屏障对铁路环境振动的隔振效果试验研究

依托国家铁道试验中心试验线,在距线路一定距离处设置了多排桩与蜂巢桩2种隔振屏障,通过现场实测数据绘制2种隔振措施与无隔振措施下不同距离处的加速度时程与频谱曲线,并计算不同隔振措施下的最大Z振级,分析评价其隔振效果。研究结果表明:多排桩隔振效果较蜂巢桩好,多排桩减振量最大达到6.74 d B;但距2种隔振屏障10 m后几乎就不再有隔振效果甚至振动反而放大;多排桩隔振后振动频率主要集中在10~20 Hz,蜂巢桩隔振后振动频率在10 Hz附近。     

多年冻土区铁路隔振沟隔振效果的数值分析

研究在多年冻土地区铁路两侧设置隔振沟的隔振效果,分析隔振沟的设置的位置及深度,提出相应的工程意见。对热水地区列车运行时所引起振动沿地面传播衰减的规律进行了实测,并根据该地区的实际情况采取用数值分析的方法得到振动沿地面传播衰减的规律,将实测与数值结果进行对比,分析不同位置和不同深度隔振沟的隔振效果。结果表明:位置对隔振的作用影响不大,从减小强振动的区域及路基的稳定性角度综合考虑,建议在3m处为佳;随着隔振沟深度的增大,隔振的效果逐渐增强,但增大的幅度不大。     

单排封闭式PVC空井减隔振措施的模型试验研究

针对高速铁路在运行过程中对周围环境产生的严重振动问题,通过进行1 g条件下单排封闭式PVC空井减隔振措施的室内缩尺模型试验,明确不同振动频率条件下其减隔振效果以及影响其减隔振效果的因素,为实际工程提供参考。研究结果表明:单排封闭式PVC空井减隔振效果良好,设置后井后各处相对加速度最大衰减达20%左右。低频率振动下,增加空井直径可使靠近空井处的减隔振效果更加明显,而高频率振动下,对井后各处均有明显影响。增加空井的深度可提高其减隔振效果,且深度越深,减隔振效果增加的越明显,但相比于加大空井的直径,该措施的影响能力有限。减小井间距(净距)可提高其减隔振效果,但随着空井的加密,减隔振效果的增加逐渐变缓。     

地铁隧道下的波阻块对减少建筑物振动的数值分析

在地铁隧道附近,对于环境振动要求较高的特殊建筑物和精密仪器,地铁列车通过时引起的环境振动影响不容忽视。基于动力反应分析理论,通过建立有限元模型,模拟分析了某地铁开通后将对附近建筑可能造成的振动影响,同时对波阻块的减振性能进行了分析。分析结果表明,在地铁列车运行引起的建筑物环境振动中,竖向振动在幅值上与水平振动相当,10 Hz以上的振动是环境振动隔振减振的主要对象。波阻块具有良好的减振效果,其减振效果随波阻块厚度的增大而增大。     

松软土地区高速铁路高架桥车致地面振动试验研究

对京沪高速铁路丹昆特大桥桥墩及周围自由场地进行振动测试,研究运行速度300 km/h的高速列车通过高架简支梁桥的环境振动水平及振动衰减规律。研究表明,高铁列车运行引起的地面振动在桥墩附近10 m范围内的近地场振动衰减较快,且存在振动反弹区;40 m以外的远地场振动衰减较为平缓。从1/3倍频程分析,地面竖向振动的优势频段为25~60 Hz,但该频段振动衰减较快;20 Hz以下的分频振动衰减较慢,且通常低于一般减隔振措施的减振频率范围,应引起足够重视。高速铁路高架桥引起的周围环境振动整体较小,在距离轨道中心线40 m以外,地面的竖向加速度满足特殊住宅区的振动要求。研究成果可为高速铁路高架桥减隔振设计及环境振动评估提供数据参考。     

列车运行下综合交通枢纽站房结构振动分析

为研究综合交通枢纽在列车荷载下的振动响应规律,以重庆沙坪坝综合交通枢纽为工程背景,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,主要结论如下所述。(1)列车以不同速度通过站台4、站台5时,站台站房振动加速度响应规律基本一致,速度仅影响站房站台振动响应的大小。(2)站台振动优势频率范围为20~63 Hz,站房振动优势频率为10~60 Hz。列车同时通过轨道4和轨道5时,站台区域,站台3的振动响应最大;站房区域,一楼办公室振动响应最大。(3)站台与站房振动的峰值频率均集中在40 Hz左右,这与轮轨力的峰值频率一致,采用减振措施时应重点关注40 Hz左右的振动效果。