地铁隧道振动源强在线监测及数据统计分析

地铁振动源强是环境振动影响评价中的关键因素。为消除环境振动影响评价中应用单次振动测试结果作为源强数据的局限性和偶然性,基于NI cRIO硬件和SystemLink软件架构,搭建分布式监测系统对上海地铁某线路隧道振动源强进行长期在线监测。采用不同频率计权曲线对监测的振源振动加速度进行振级计算和统计分析。结果表明,在监测点位边界条件下,振源振级约为71 dB。与采用W计权曲线相比,Wk计权振级平均增加量约为3.2 dB。对地铁振源的长期监测实践表明,该振源在线监测系统从功能和性能上能够满足轨道交通现场部署需求,并具有很好的可靠性和扩展性。     

基于自适应粒子群算法的轨下基础病害识别

基于车辆-轨道耦合动力学模型，对不同轨下基础病害情况下的轨枕振动响应进行仿真分析。提出利用支持向量机算法和粒子群算法对轨下基础病害进行识别。为了提高粒子群算法的收敛速度，提出一种自适应粒子群算法，并将所提方法应用于轨下基础病害识别仿真，分析不同病害条件下的轨枕振动特征。研究表明：所提算法的病害识别准确率≥80%,且其算法收敛速度有明显提升。     

板端脱空对CRTSⅠ型板式轨道动力特性影响试验研究

为研究CRTSⅠ型板式无砟轨道板端脱空对轨道动力特性的影响,铺设无砟轨道实尺模型,人工凿除CA砂浆模拟板端脱空,采用激振车对轨道施加振动荷载,测试并分析轨道振动位移和加速度等动力响应。结果表明:板端脱空对轮重减载率影响明显;板端脱空对钢轨和轨道板位移有一定影响,对底座板位移影响较小;脱空区钢轨和底座板均出现强烈振动,振动加速度约为无脱空的3倍;脱空造成轨道板剧烈振动,振动加速度增加10倍以上;底座板振动在脱空长度30cm时出现峰值,钢轨及轨道板在脱空长度大于70cm时振动加剧明显;随着激振频率的增加,轨道板板端脱空对轨道结构动力响应的影响更加明显。     

重载铁路隧道隧底围岩劣化的CFD-DEM模拟研究

研究目的:重载铁路隧道隧底结构较普通铁路受到更大的动力作用,列车动载-地下水耦合作用下隧底软弱围岩将发生劣化,甚至形成脱空,引发基地下沉、翻浆冒泥等一系列隧底病害。本文采用CFD-DEM耦合分析方法研究列车动载-地下水耦合作用下重载铁路隧道隧底软弱砂性土围岩劣化及脱空规律,为重载铁路隧道设计、施工及病害治理提供参考。研究结论:(1)列车动载-地下水耦合作用下隧底附近围岩细颗粒向两侧迁移流失,仰拱-围岩接触面形成局部脱空;(2)列车动载-地下水耦合作用下仰拱-围岩接触压力逐渐减小,隧底结构受力劣化,轨线位置最为明显;(3)列车轴重和行驶速度的增加将加速隧底围岩脱空及劣化的发展;(4)本研究成果可用于优化重载铁路隧道隧底结构设计,减少隧底病害,提高隧道的耐久性。     

轨道梁结构对中低速磁浮车轨耦合振动的影响

建立了双级电磁悬浮控制器模型,轨道梁采用Euler-Bernoulli模型,基于单点悬浮控制系统建立"车辆-控制器-弹性梁"耦合动力学数值模型。对控制参数引起的车轨耦合失稳振动的特性进行分析,仿真计算不同轨道梁结构参数下,对中低速磁浮车轨耦合振动影响进行研究。结果表明:发生频率较低的车轨耦合振动时,轨道梁结构参数的改变对车轨耦合振动无明显影响;发生频率较高的车轨耦合振动,轨道梁固有频率随轨道梁结构而改变时,对车轨耦合振动影响明显;轨道梁固有频率不随轨道梁结构参数改变时,对车轨耦合振动无明显影响;轨道梁结构阻尼可以有效抑制车轨耦合振动响应。低频车轨耦合振动,轨道梁结构改变无法控制车轨耦合振动,车轨发生高频耦合振动时,增大轨道梁结构阻尼比及改变轨道梁固有频率均能有效控制车轨耦合振动,因此实际工程中可以考虑轨道梁下安装阻尼器和吸振器来改变轨道梁结构参数和结构阻尼来抑制振动。     

降低50AT尖轨淬火残余应力的振动时效参数研究

研究目的:为研究降低50AT尖轨淬火后残余应力的振动时效参数,本文通过建立道岔直线尖轨有限元分析模型,使用Deform软件模拟出尖轨淬火后的残余应力分布,结合尖轨模态响应得到振动时效参数,并通过盲孔测应力评价方法对比分析模态时效参数与企业时效参数对尖轨振动时效后残余应力的消除效果,最终得到适合降低50AT尖轨残余应力的振动时效参数。研究结论:(1)尖轨轨头中频感应淬火完成后,尖轨轨头、轨腰分布着残余压应力,轨底分布着残余拉应力;(2)基于尖轨淬火后轨底中部残余应力集中、翘曲变形特性,以及尖轨的模态振型,得到支撑点位置、激振点位置及激振频率等振动时效参数;(3)采用本文得到的时效参数对尖轨进行振动时效处理,残余应力的平均消除比率为46. 6%;按照企业时效参数对尖轨进行振动时效处理,残余应力的平均消除比率为28. 8%;本文时效参数下对残余应力的平均消除率是企业现有时效参数下的1. 6倍,且时效时间仅为企业时效时间的1/4,可显著提高生产效率;(4)本文得到的振动时效参数可用于指导50AT尖轨感应淬火后残余应力的降低。     

富水砂卵石地区不同类型轨道振动源强及衰减特性试验研究

地铁运营所产的振动噪声问题一直是其发展过程中亟待解决的难题,不同减振措施、不同地质条件下轨道结构产生的振动波传播及衰减规律也存在较大差异,为探究以富水砂卵石为主的地铁不同减振轨道结构源强及振动随距离衰减的特性,文章对成都地铁GJ-Ⅲ减振扣件、钢弹簧浮置板、一般轨道结构和浮轨式扣件4种轨道结构形式隧道壁振动源强和地面振动响应进行现场同步测试,并从频域、时频域及地面Z振级等方面对获得的数据进行分析。结果表明：GJ-Ⅲ减振扣件、浮轨式扣件和钢弹簧浮置板3种减振轨道形式均可有效降低隧道壁源强和地面振动,三者减振效果钢弹簧浮置板大于浮轨式扣件大于GJ-Ⅲ减振扣件;环境振动的主频在经过土体介质后一般不会发生改变,轨道结构形式是决定环境振动频域分布的主要因素,地面环境振动随传播距离的衰减主要体现在各组断面的主频上而加强区测点的频域加强频带为50～80 Hz;4 Hz以下的低频振动和50 Hz以上的高频振动经过土层介质后均有较为明显的衰减。     

基于强迫振动的列车-轨道-轨下结构垂向耦合动力分析方法及工程应用

将线路与线下结构分解为钢轨子系统和轨下结构子系统,其中钢轨子系统由上层钢轨和下层扣件一一对应的2层节点组成,钢轨处理为具有弹性离散点支承的连续梁,钢轨与扣件间的约束用弹簧-阻尼单元模拟,采用强迫位移和强迫速度的方法处理轨下结构对钢轨系统的作用,钢轨系统对轨下结构的作用则以外荷载方式施加,建立基于强迫振动的列车-轨道-轨下结构垂向耦合动力分析方法。应用该方法进行局部扣件失效对线路和车辆动力响应影响分析。结果表明:该方法能准确分析存在局部病害基础设施的动力特性;局部的扣件失效对轨下结构和车体振动影响较小,但会显著加剧轮轨之间的振动响应,车速350 km·h^-1时钢轨最大垂向位移为正常值的2.94倍,钢轨最大垂向振动加速度为正常值的2.97倍,最大轮轨力和轮重减载率分别较正常值增大了22.0%和50.2%。     

模态分析在隧道二衬脱空声振检测中的应用

研究目的:声振法在隧道二衬脱空检测中具有低成本、易实施的特点,但由于仪器设备及技术手段限制,目前尚无成熟可靠的脱空识别判定依据。针对单次振动激励下的响应块体,本文通过进行数值模态分析,以得到模态参数与二衬结构形态参数的对应关系,从而提出定量的脱空判定标准。研究结论:(1)完全脱空响应块体基频值随平均脱空深度增大呈三次多项式规律增大,浅部脱空块体的基频值低于深部脱空块体,平缓脱空面较倾斜脱空面块体基频值更大,脱空面为水平时基频达到最大值;前两阶固有频率差值变化规律同基频-平均脱空深度曲线类似;(2)局部脱空响应块体基频值随脱空长度增大呈Logistic函数规律减小,脱空长度相同时,基频值随起始脱空深度增大而增大;前两阶固有频率差值随脱空长度增大而增大,结果曲线在脱空长度为30 cm处存在节点,前后差异明显;(3)由判定曲线图可确定二衬结构的精确形态参数,实现定量脱空判定,并提出了快速求得脱空特征参数的作图法;(4)该研究成果可为声振法在隧道二衬脱空检测中的工程运用提供理论依据。     

某高速铁路高架线路直线与曲线段环境振动实测对比分析

为了研究高速铁路高架桥线路直线和曲线段的环境振动衰减规律及其频谱特性,以广深港高铁某高架区段为研究对象,测试300 km/h速度下直线段和曲线段的振动响应,通过引入铅锤向Z振级进行综合评价,分别对直线和曲线段的桥墩和桥梁跨中断面的振动特性及衰减规律进行对比分析,结果表明:(1)曲线段的振动源强大于直线段的振动源强,桥墩处大6 dB,跨中处大3 dB;(2)当距中心距离较近时,对环境振动影响较大的主要频率为25~80 Hz的高频部分,当距离较远时,环境振动的优势频率在10 Hz左右;(3)在45 m处,直线桥墩断面、曲线跨中和桥墩断面的主频振级相比30 m处都有所增大,且主频都为低频。     

轨下支承参数对钢轨声振特性影响研究

钢轨辐射噪声是轮轨噪声的主要组成部分,轨下支承参数对钢轨的振动与声辐射有着较大的影响。为研究轨下支承参数对钢轨声振频域特性的影响,基于FEM/BEM方法,建立钢轨振动力学模型和声学边界元模型,分析轨下扣件支承间距、支承刚度和支承阻尼对钢轨声振特性的影响规律。结果表明:扣件支承间距对钢轨的声振特性影响不明显;在20~200 Hz之间,合理大小的扣件支承刚度可以有效地减少钢轨振动与声辐射;合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨振动的频率范围为20~2 000 Hz,合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨声辐射的频率范围为100~1 000 Hz;扣件支承阻尼对钢轨声振特性影响的频域明显要宽于扣件支承刚度。     

地铁隧道管片背后脱空及渗水病害检测方法

地铁隧道管片背后的脱空和渗水病害严重威胁地铁的施工和运营安全。针对目前探地雷达技术在管片背后病害检测中仍然存在检测精度低、属性难以划分的问题,开展管片后的脱空和渗水病害检测方法研究。首先,通过搭建多组正演模型,分析管片背后脱空和渗水病害的雷达波反射特征,提出将核匹配追踪算法用于病害识别,提高检测精度;然后,根据回波的波组形态、振幅和相位特性、吸收衰减特性等方面特征,建立地铁隧道管片背后病害属性划分标准,可实现不同种类病害的分级以指导施工修复;最后,对厦门地铁2号线进行探测试验,结果表明:该检测方法可有效实现地铁隧道管片背后病害的快速检测,4条测线共检测出异常区域23处。该方法可为地铁隧道施工及运营安全提供一种有效的检测手段。     

减振扣件对地铁隧道-地表振动特性影响分析

研究目的:不同减振扣件对地铁隧道-地表环境振动的减振效果特性有所差异,列车运行引起的隧道和地表的振动在时域和频域上有较大区别,目前对减振扣件减振效果评价多采用不同断面进行对比分析,但其结果会受到隧道断面周围结构的影响。基于此,本文通过对普通扣件和减振扣件下列车运行引起的隧道结构及地表振动进行现场实测分析,并建立车辆-轨道-隧道-大地耦合动力分析数值模型,研究减振扣件对隧道结构-地表的减振效果。研究结论:(1)减振扣件能有效控制道床和隧道壁上的振动响应,当采用减振扣件后,道床上峰值变小且峰值出现频段向低频偏移,隧道壁上减振扣件在卓越频率范围内出现振动放大现象;(2)地面测点的振动加速度峰值和Z振级随距离振源的位置增加呈现出减小的趋势,但是在15~30 m范围内出现增大的现象,说明在该区域范围内出现振动放大的现象,但放大区间有所不同,应根据具体工程选择合适的扣件;(3)地面同一测点振动加速度峰值和Z振级呈现出W形的变化趋势,因此在进行地面振动控制时应充分考虑控制点所处位置,根据具体情况采用合理的控制措施;(4)本研究成果可为轨道交通中隧道和地表振动控制措施选择提供理论依据。     

铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析

列车荷载作用是诱发在役隧道基底病害的主要原因。为分析隧道基底脱空条件下对列车荷载的响应问题,以某铁路隧道工程Ⅲ级围岩正常断面为对象,通过现场在隧道铺底顶面埋设压力盒,对铺底混凝土层受力进行测试;在此基础上,通过数值计算,重点分析列车荷载作用下基底不同脱空长度下的基底中心线、轨道处与轨枕端头处的应力分布规律及铺底顶面振动特性。结果表明:在铺底顶面,动压力在轨道、轨枕端头处与基底中心线处分别为80,20 k Pa和60 kPa。经计算模拟,基底存在40 cm与80 cm宽脱空区时,在轨枕端头处、轨道处及中心线处应力规律基本一致,在脱空区处应力出现先减小再增加现象,且轨道处突变最大,脱空区侧壁处存在应力集中现象,脱空区影响深度范围约2 m。80 cm宽脱空区在数值上与40 cm宽脱空区相比,基底动应力、铺底顶面加速度与振动位移的最大增幅分别为50%、30%和3%。     

城市隧道下穿密集建筑区静、动力响应特征分析

以莞惠城际隧道下穿密集建筑区段为依托,利用现场监测结果、室内模型试验以及动静结合的数值模拟方法,对城市隧道穿越不同结构类型、位置和高度的既有房屋时的综合影响进行研究。研究结果表明:房屋基础埋置较浅的浅埋隧道段,砌体结构房屋变形和振速均比框架结构大,随着楼层高度增加,房屋水平位移的影响明显大于竖向位移,且低层结构更易发生受拉破坏,同时振速呈现出放大效应;隧道静力开挖时,位于掌子面前方的结构受力和位移均明显大于后方的房屋结构;随着爆心距增大,振速逐渐变小,但到达远端墙体时振速出现放大趋势,在确定监控方案时,需考虑对远方墙体的振动监控;爆心距离越小,其振速高度效应越明显,需重点监测顶层的振速;在上软下硬复合地层中,隧道开挖影响范围距掌子面约20 m,偏离隧道中心线超过20 m时,沉降速率增大,量值呈明显减小的趋势。     

TMD抑制既有铁路钢桁梁桥横向振动研究

针对我国既有铁路钢桁梁桥的振动特性,对机车、转8转向架货车和客车分别建立车桥TMD系统耦合振动方程,将轮对的蛇行及轨面不平顺作为主要的激振源,通过随机函数产生随机激振,利用车桥TMD耦合振动仿真程序的大量模拟计算,研究桥梁在列车尤其是长大空重混编的货物列车随机激励下的横向振动规律,分析多点调频质量阻尼减振器抑制铁路钢桁梁桥横向振动的效果。结果表明,TMD能有效的抑制既有铁路钢桁梁桥的横向振动。     

地铁列车曲线运行振动源强特性分析

城市轨道交通线路的一个重要特征是曲线占比高,当列车通过曲线轨道时,其特殊的振动源强特性产生了与直线轨道不同的环境振动影响,以往计算与评估并未对此做出严谨的考虑,从而带来了较大的评估误差。作为轨道交通环境振动与二次噪声评估的一个重要因素,地铁列车曲线运行产生的振动源强,至今为止尚未研究清楚。为了填补这一空白,本文基于轮轨跟随模式,采用频域解析方法,建立了曲线轨道-车辆动力耦合解析模型,系统深入地研究了地铁曲线轨道源强支反力的振动强度、方向以及频域响应特性,研究了曲线行车时车-轨关键参数与振动源强的因果关系。这将提高曲线轨道振动影响预测的准确性,满足城市轨道交通环境振动影响预测与评估的实际需要。     

砂浆脱空对纵连板式无砟轨道轮轨动力性能影响研究

采用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立车辆-纵连板式无砟轨道空间耦合振动模型。根据已建模型建立CA砂浆脱空的分析模型,分析CA砂浆脱空对车轨动力响应的影响,分析脱空长度以及行车速度对纵连板式无砟轨道车轨动力响应的影响。研究结果表明:砂浆脱空后,当砂浆脱空长度大于1.2m后,随着脱空长度的增大,车辆的动力响应也随着增大,当脱空长度达到1.8m时,轮重减载率达到0.98,车体加速度达到1.64m/s2,均已超过限值。砂浆脱空后,随着行车速度的增大,系统动力响应也随着增大。当脱空长度为1.8m时,车体加速度均已超过限值,所以考虑行车舒适性建议控制脱空长度不超过1.8m。     

基底脱空条件下重载铁路隧道铺底结构疲劳性能试验研究

结合重载铁路隧道基底脱空病害特征,设计基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳试验装置,并考虑隧道基底无水、富水环境等因素,开展隧道铺底脱空病害下的结构疲劳试验.基于试验结果的分析,探讨脱空条件下隧道铺底结构的疲劳演化特性,拟合得到300 mm脱空条件下隧道铺底结构试件疲劳寿命演化曲线.研究结果表明:基底脱空条件下,隧道铺底结构疲劳性能呈"倒S型"演化趋势,结构疲劳寿命随着应力水平增大而显著缩短;受地下水的影响,富水环境隧道底部结构疲劳寿命显著短于无水环境,且随着应力水平的升高,缩短的比例也越大;建立的基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳寿命演化曲线,可用于隧道底部结构损伤状态的评价.     

爆破振动对多层建筑物的安全影响

研究目的:通过现场监测楼房不同层高的振动响应,观测其爆破振动安全效应,分析普通多层建筑对爆破振动产生的高层放大效应现象,并根据居民楼的使用状态提出了符合安全和舒适的振动允许指标,为今后爆破振动安全标准的修改完善提供一定的参考。研究结论:(1)低频爆破振动会导致高层建筑产生顶层振动放大效应,而远大于自振频率的高频振动不易随楼层升高产生振动放大效应;(2)针对多层楼房在不同振源条件下出现振动放大的可能性,提出了距爆源100 m以外的楼房应测试不同层高的爆破振动,而近距离的高频振动可以只监测底层振动;(3)根据楼房结构安全性、普通装修材料的安全性和室内人员舒适性要求,提出了不同建筑物的爆破振动安全控制指标;(4)本研究成果可为铁路石方爆破开挖的安全控制提供借鉴。