地屏障在铁路环境振动治理工程中的应用研究

研究目的:京津城际铁路正式运营标志着我国铁路开始全面进入"高速时代".随着铁路运行速度的提高,铁路沿线环境振动问题日益突显,因此,如何缓解由高速铁路所带来的环境振动影响,提高沿线居民生产生活质量,是目前迫切需要研究的课题.研究结论:本文通过建立车辆-轨道-路基-大地和大地-隔振屏障耦合振动模型,运用ANSYS大型有限元通用软件对5种地屏障,即空沟、夹心墙、刚性墙、排桩和三排蜂窝桩的隔振效果进行了研究.结果表明:三排蜂窝桩减振效果可达15 dB左右、空沟为6～8 dB左右、夹心墙、刚性墙和三排桩为5 dB左右.     

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。     

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。     

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。     

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。     

空沟对列车运行产生的环境振动隔振效果研究

在分析瑞利波在空沟转角处的反射、透射以及沿空沟传播的基础上,得到瑞利波衰减与空沟参数的关系,进而推导出空沟外侧任意点土体振动响应的计算公式。采用该公式和仿真分析研究空沟对列车引起环境振动的影响。结果表明:随着空沟深度的增加,空沟的隔振效果也越明显;空沟对高频(11~40 Hz)振动的隔振效果较低频(1~10Hz)振动明显;空沟隔振效果与瑞利波波长有关,空沟沟深大于瑞利波长时,隔振效果较好;空沟宽度及空沟距振源的距离对列车产生的环境振动隔振效果均不明显;推导公式计算结果与数值分析结果基本一致,验证了推导公式的正确性。     

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。     

减振沟技术在地铁车辆段上盖开发中的研究及设计应用

目前我国很多城市地铁车辆段规划了物业开发,为了将减振技术与车辆段设计有效结合起来。以带上盖物业的车辆段为研究对象,系统地研究此类结构的振动机理,基于国内外研究成果,从传播路径隔振着手,利用有限元建立振动传播规律数值分析模型,并对空沟和填充沟减振技术分别从宽度、深度、设置位置进行模拟分析。研究结果表明,空沟和填充沟单独使用时减振效果不明显,基于此提出空沟和刚性填充沟合设而成的组合屏障减振沟模式,模拟验证表明,该模式能够有效降低结构振动5～7 d B,但减振沟模式不能完全消除振动带来的影响,必须综合考虑其他减振措施。上述研究成果已结合车辆段功能需求应用到工程设计中去,通过运营后实际检验,减振效果显著。     

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.     

基于带隙性能评价函数的特征频段隔振周期排桩选型

针对轨道交通环境传播路径隔振,进行隔振周期排桩选型研究。在分析现有周期排桩隔振效果评价的基础上,提出以周期排桩带隙性能评价函数为单一指标,并考虑带隙分布的选型方法。该带隙性能评价函数综合考虑了带隙带宽、中心频率2个因素,基于该函数建立的选型方法规避了多指标分析的不确定性。考虑被阻隔对象的振动特征,将轨道交通环境振动的显著频率作为需要阻隔的关心频率引入该函数。该方法不再单独以首阶带隙为选型依据,而是综合考虑各阶带隙的分布情况。运用ABAQUS软件建立隧道—地层—周期排桩耦合三维动力有限元分析模型,进行选出隔振周期排桩的隔振效果分析。结果表明:所选隔振周期排桩在带隙分布范围内具有较好的振动隔离效果,验证了该选型方法的有效性。     

地铁紧邻既有建筑的单排桩隔振正交试验研究

为了研究地铁紧邻既有建筑物时单排桩对于地铁产生的振动波能的减隔振效果及其影响因素,通过进行1g条件下的单排桩减隔振室内模型试验,分析在地铁振动激励作用下的建筑物振动形态,并在同时考虑振源深度、排桩位置、桩间距及桩长4个因素的情况下设计了相关正交实验,提出相关优化方案。分析结果表明:建筑物在地铁振动激励作用下,各楼层振动加速度级的大小呈现出波浪形的振动形态;随激振频率的增加,建筑物各测点振动加速度级总体表现出减小的趋势;单排桩在紧邻既有建筑的地铁隔振方面具有明显的减隔振效果,预期减振幅度可达13.59%;就影响减隔振效果的各因素而言,非排桩几何因素(地铁埋深\排桩位置)对减隔振效果影响较大,而排桩自身几何因素(桩间距\桩长)对于减隔振效果的影响则不如前者。     

基于Bloch-Floquet理论的周期性排桩在轨道交通隔振中的应用研究

基于Bloch-Floquet理论的平面波展开法求解周期波屏障的衰减域,提出具有低频、宽带特点的六角晶格二维三组元局域共振型周期排桩结构,建立针对轨道交通环境振动隔振研究的隧道-地层-周期性波屏障耦合的数值模型,利用车-轨耦合解析模型计算获得浮置板隔振器的动反力输入上述模型,验证优势结构衰减域的正确性,综合评价了周期排桩的隔振效果。研究表明:排桩在相同布置形式下,适当降低土体弹性模量可有效降低该周期结构第一衰减域起始值,但同时缩小其衰减域宽度;覆土和粉质黏土与桩构成的周期结构在20~80Hz频段内较卵石砂砾-桩周期结构具有更好的衰减域特性;整体看,数值模型分析获得的衰减域与计算的带隙重叠区吻合良好,水平方向完全吻合,竖直方向受桩长制约,特定频段波在桩底绕射效应明显;首层土(覆土)的衰减域起主要控制作用。     

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。     

层状土中双排环形排列桩隔振效果的研究

为研究铁路带来的振动问题,针对层状土中双排环形排列桩对隔振效果的影响开展试验研究.研究结果表明:频率的增加,振源距的增大,环形排列桩对应圆心角度的增大,均会使隔振效果更为显著;在一定程度上,排间距越大则隔振效果越差;桩间角度也是影响隔振效果的重要因素,建议工程中桩间角度不要过大;桩长小于首层厚度时,隔振效果随桩长增加而增长,但增长效果相比大于首层厚度时较差,当桩埋深达到首层土厚附近时,会出现振动放大现象,因此,埋深允许情况下建议桩长超过分层界面;低频震动作用下,其隔振效果增幅范围较中频和高频大,中频震动下隔振效果增长起始点比低频和高频晚.     

铁路路基混凝土排桩隔振效果模型试验研究

为了研究铁路路基混凝土排桩的隔振效果,通过模型试验方式,在模型试验箱中设置混凝土排桩作为土中障碍物,考虑桩截面尺寸、桩深度及桩间距因素,以加速度衰减率及振幅降低比来评价混凝土排桩隔振效果和影响其效果的因素。结果表明:混凝土排桩隔振效果显著,设置混凝土排桩可使桩后土体加速度衰减率达到47.8%~70.4%;单桩截面尺寸对隔振效果影响不明显,不同尺寸条件下加速度衰减率在1.5%~9.8%;桩深度增加对距振源一定距离处隔振效果影响比较显著,桩深度变化引起的加速度衰减率在18.3%~56.3%;随着桩间距增大,单排桩隔振效果降低。     

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。     

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。     

基于带隙特性的周期性排桩隔振性能研究

采用有限元法计算二维声子晶体的带隙特性,并研究基体为粉质黏土、散射体为混凝土时正方格子二维声子晶体的XY模式的带隙变化规律。通过现场测试得到城市轨道交通运营引起近场土体的振动特性,并设计出相应隔振频段的排桩布置参数,计算分析排桩排数与隔振效果的变化规律。结果表明,隔振排桩对城市轨道交通运营引起的近场土体振动特征频带具有良好的减振效果。     

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。