高速列车过桥诱发地面振动特性研究

为研究高速列车过桥引起的环境振动问题,以沪昆客运专线某铁路桥梁为工程背景,采用现场实测和有限元法获取地面振动特性。将计算值与实测值对比分析,结果表明：高速列车过桥引起的地面横向振动加速度稍大于垂向振动加速度,频谱曲线的主峰频率点可视为周期载荷诱发的共振频率;横垂向卓越频率分布区间为10～80 Hz,频带内各单频加速度幅值随距离增加呈波动衰减趋势;当不同频率的振动波波峰相遇时,相遇点的振动叠加出现放大现象;横垂向加速度最大振级对应的频带为25～63 Hz,大部分出现在31.5 Hz;实测值和计算值在幅值大小及变化趋势吻合较好,加速度Z振级最大误差为1.4 dB。可见,有限元模型满足精度要求,证明该方法能够有效预测环境振动响应。     

下沉式地铁车辆段咽喉区车致振动特性

采用触发采集方式现场实测了某下沉式地铁车辆段咽喉区钢轨、道床、地面、楼板及盖板的振动加速度, 采用插入损失、1/3倍频谱、Z振级曲线拟合等方法分析了现场实测数据, 进而分析了下沉式地铁车辆段咽喉区的振源特性与地铁振动沿盖板和不同层楼板的传播规律。分析结果表明: 在频域上, 钢轨比道床振动频带更宽, 没有明显的主频段, 其振动分布在800 Hz以内, 道床则有明显的主频段, 主要分布在80~200 Hz; 下沉式地铁车辆段地下1、2层钢轨至道床振动衰减幅度分别约为29.9、10.4 dB; 列车引起盖板的振动响应随测点与行车轨道中心线距离的增大呈线性衰减规律, 其线性衰减率约为0.2 dB·m-1; 由于边墙对振动的反射与折射, 振动传至盖板端部时出现局部放大现象; 列车无论在地铁车辆段端部还是在中间股道行车, 随着测点与行车轨道中心线距离的增大, 车辆段盖板振级在2.5、5.0 Hz低频处基本不变, 在10 Hz处衰减缓慢, 在25、40、80 Hz中高频处衰减明显; 列车在地下1、2层行车时诱发的振动的向上传播呈逐层衰减规律, 列车在地下1层行车引起的盖板振动比其在地下2层行车时大约16.1 dB; 下沉式地铁车辆段咽喉区轨道接头多、道岔多的特点导致该区域盖板车致振动响应突出, 需重点对该区域进行减振设计。      

双振源激励下地铁车辆段上盖建筑物振动特性

以广州某地铁车辆段为研究对象, 实测了试车线与库内检修线引起地面振动的加速度, 分析了两类振源的衰减规律与差异; 建立了车辆段上盖建筑物有限元模型, 将实测地面振动数据采用大质量法进行多点激励, 分析了双振源激励对上盖建筑物楼板振动的影响。研究结果表明: 列车通过时, 试车线地面振动主要频率为60~80 Hz, 检修线主要频率为20~40 Hz; 试车线荷载振源强度大于检修线, 约为6 dB; 试车线振动衰减率约为1.07 dB·m-1, 检修线振动衰减率约为1.69 dB·m-1, 说明检修线引起地面振动强度的衰减速度比试车线更快; 与非一致激励相比, 一致激励对上盖建筑物楼板10 Hz以下振动影响显著, 各层加速度级在2.5 Hz处存在明显峰值, 这与建筑物楼板的固有频率有关; 试车线荷载激励下, 底层楼板振动主要频率范围为40~60 Hz, 顶层出现在20~40 Hz, 峰值中心频率集中在40.0 Hz处; 检修线荷载激励下, 各层楼板振动主要频率范围为0~40 Hz, 峰值中心频率集中在31.5 Hz处; 对比单一振源激励, 双振源激励使建筑物楼板Z振级增加了0~3.5 dB, 这在地铁车辆段上盖建筑物的环境振动评价中应充分重视。      

高速列车对站房振动噪声影响的试验研究

为研究列车通行对综合交通枢纽振动噪声的影响，以成渝高铁沙坪坝站为工程背景，通过现场试验实测了站房候车厅、站台、轨道板的振动加速度以及候车厅、站台区域、轨行区的辐射声压. 通过对实测信号分别进行了时域分析和1/3倍频程分析，探究了列车作用下站房的振动传递规律及噪声辐射特性. 结果表明:在列车运行荷载作用下，站房与站台的结构振动优势频段为10.0～80.0 Hz，振动随振源距离的增大而减小，站台到候车厅总振级衰减最大值达到13.5 dB；轨道板峰值振动加速度级出现在400.0 Hz处，约为101.0 dB；对候车厅而言，噪声声压级的优势频段为20.0～2 500.0 Hz，列车进站总声压级比列车出站高0.5～1.3 dB（A）；对站台而言，噪声的优势频段为125.0～1 000.0 Hz，列车出站总声压级为86.3 dB（A），比列车进站时高1.3 dB（A）；对轮轨噪声自身，其优势频段为200.0～2 500.0 Hz，列车进站噪声总声压级为91.1 dB（A），较列车出站时高3.2 dB（A）.      

基于FE-SEA混合法列车交会对桥梁振动噪声分析

基于有限元-统计能量(FE-SEA)混合法,建立钢-混结合梁桥模型,在列车运行速度为200 km/h、列车交会条件下,预测桥梁各板块的振动响应及结构噪声.结果表明,当列车交会时:各板块中点处的振动加速度级均有所增大,优势频段为40～120 Hz,峰值频率在65 Hz;在全频段内,各板块声压级均增大,单向行驶和列车交会两...     

时速300 km/h高速列车诱发高架箱梁结构振动特性分析

为揭示高速铁路桥梁结构振动产生与传递机理,分别采用数值方法与现场实测研究时速300 km/h高速列车诱发高架箱梁结构振动特性。首先,建立高架简支箱梁三维有限元动力学模型,分析列车以300 km/h速度通过时,高架箱梁结构振动特性及传递规律。然后,选择沪昆高铁高安—南昌区间某高架轨道,对高速列车引起的桥梁结构振动进行现场测试,并将有限元计算结果与实测结果进行对比。结果表明:有限元分析与现场实测结果在20～400 Hz吻合良好。桥梁结构振动的优势频率为31.5～125 Hz,峰值频率为31.5～63 Hz,在16 Hz处有一个明显的波谷;当频率大于200 Hz时,桥梁结构加速度振级急剧下降,可以针对31.5～63 Hz频率进行桥梁结构减振设计。桥梁顶板最大加速度振级为88.59～100.48 dB,对应的峰值频率为31.5 Hz和40 Hz;桥梁底板最大加速度振级为82.96～94.29 dB,对应的峰值频率为31.5 Hz和63 Hz,箱梁底板振动对桥梁结构振动的贡献最大。     

扣件胶垫黏弹性对铁路箱梁振动与结构噪声的影响

以高速铁路WJ-7B型扣件胶垫为研究对象，通过动态力学性能试验测试了扣件胶垫在不同温度下的动力性能；结合温频等效原理、Williams-Landel-Ferry方程和高阶分数导数FVMP模型表征了扣件胶垫的黏弹性力学特性；将该模型代入建立的桥梁振动与结构噪声预测有限元-边界元模型，并与Kelvin-Vogit模型对比来分析扣件胶垫黏弹性对箱梁振动和结构噪声的影响。研究结果表明:扣件胶垫黏弹性表现为动参数的温频变特性，刚度与频率正相关，与温度负相关，阻尼与频率和温度均负相关，阻尼在1~100 Hz内变化明显，在100 Hz以上变化较小；扣件动参数测试值与高阶分数导数FVMP模型拟合值吻合良好，采用高阶分数导数FVMP模型可以准确描述扣件在宽温宽频下的动态黏弹性力学行为；仅考虑扣件胶垫频变特性时，桥梁在25~63 Hz振动加剧，在80~200 Hz振动减弱，在峰值频率63 Hz处顶板、腹板和底板的加速度振级分别增大5.62、0.91和2.94 dB，桥梁横桥向各板垂向近场点和梁底下方靠近地面处声辐射明显增大；同时考虑扣件胶垫温变与频变特性时，随着温度的降低，桥梁在31.5~50.0 Hz振动不断减小，在63~200 Hz振动不断增大，桥梁横桥向在顶板斜上方、腹板和底板垂向近场点和梁底下方靠近地面处声辐射减小，温度从20 ℃降到-20 ℃时，总体声压级最大降低了2 dB左右；忽略扣件胶垫黏弹性会导致桥梁振动和结构噪声预测产生偏差，仿真分析时应考虑扣件胶垫的黏弹性，以提高预测的准确性。      

列车运行引起的桥下地面振动衰减特性

为探求列车运行所引起的桥下地面振动衰减规律，通过一系列现场测试，测得多组在不同车速下的地面加速度记录，对所得加速度记录进行计算处理，得到了各测点的最大加速度值，然后针对各测点的加速度比，动用复合回归方法，得到了列车运行进所引起的桥下地面加速度衰减经验公式。     

基于小滚轮高频激励的高速列车齿轮箱箱体振动试验

为探究高速列车齿轮箱箱体振动特性和疲劳损伤, 应用小滚轮高频激励台架试验, 将滚轮表面加工成径跳量幅值为0.05 mm的13阶多边形, 可等效成20阶车轮多边形, 研究了某型齿轮箱箱体在不同垂向载荷与速度工况下的振动特性; 通过雨流计数法及Miner线性损伤法则, 分析了齿轮箱箱体单位时间应力累计损伤。研究结果表明: 受齿轮箱箱体共振影响, 不同垂向载荷与速度工况下, 高速列车运行速度为200 km·h-1时, 齿轮箱箱体各测点的垂、横向加速度均方根值均为最小; 当垂向载荷为23 t时, 大部分测点的垂、横向加速度均方根值均为最大; 齿轮箱箱体存在573 Hz的局部固有频率被激发共振, 其原因是试验速度为100 km·h-1时试验台发生共振, 以及试验速度为300 km·h-1时, 受到20阶多边形车轮转频约580 Hz的主频激扰; 车轮初始速度从0加速到200 km·h-1及从300 km·h-1减速至0的速度等级之间时, 齿轮箱箱体各测点的单位时间应力累计损伤波动较大, 其余速度等级段各测点的单位时间应力累计损伤波动很小; 单位时间应力损伤最大值出现在大齿轮箱齿面观察孔, 为3.72×10-10, 损伤最小值位于小齿轮箱轴承正上方, 仅为8.29×10-18。可见, 箱体共振、试验台减速运行、速度等级对齿轮箱箱体振动加速度影响较大; 非共振、试验台不减速运行、相同速度等级下, 垂向载荷对单位时间应力累计损伤影响甚微。      

铁路高架车站车致振动实测与理论分析

为了研究铁路高架车站不同区域的环境振动规律,针对某客运专线高架车站,分别在轨道梁跨中、办公间、候车厅布置了三向振动测点,测试了高速动车组以正线速度通过时高架车站内不同区域的环境振动水平,从振动加速度时程、振动加速度级、频谱三方面分析了试验数据;利用车-线-桥耦合振动理论,研究了轨道梁动力响应和列车走行性.研究结果表明:办公间的Z振级达80.7 dB,超出规范限值0.7 dB;高架车站环境振动以竖向为主;办公间竖向振动持时比水平振动长15%;候车厅楼板的横向振动比轨道梁振动持时长1.03 s;振动在由轨道梁向车站楼板传递的过程中,高频振动比低频衰减快.      

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。      

地铁车辆段咽喉区上盖建筑振动传播规律

以深圳某带上盖建筑地铁车辆段为工程依托,现场实测了咽喉区列车走行不同线路时,地面层、平台转换层和上盖4层钢框架结构的振动加速度响应,分析了咽喉区列车运行引起的环境和结构振动传播规律.研究结果表明:由于土-结构的动力相互作用,车致振动在从地基土向基础结构的传播过程中存在能量损失,实测结构基底加速度幅值较邻近地面加速度幅值...     

莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频研究

为研究莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频,通过理论公式计算预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,建立有限元模型,根据设计荷载效应大于等于实际运营车辆荷载效应的原则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型进行动力仿真分析,得到列车作用下简支箱梁的实际动力系数;提出了设计速度250、300、350 km/h和400 km/h简支箱梁竖向自振基频的下限值. 研究表明:梁体动力响应幅值均在其一阶竖弯频率出现波峰;通过调节桥梁的竖向自振基频,避开列车对桥梁的竖向激振频率可以有效降低振动波峰;建议设计速度250、300、350 km/h和400 km/h跨度33.1 m预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频分别为3.02、3.63、4.08 Hz和4.68 Hz.      

沪宁高铁与邻近既有线振动相互影响的测试与分析

为分析列车通过我国第一条修建在软土路基上的沪宁高铁时,引发的振动特性,以及与邻近的京沪铁路既有线路基段的相互影响,在沪宁线新孟河段进行了现场振动测试.对获得的振动加速度信号进行处理得到速度时程曲线,从加速度时程、加速度级、速度峰值PPV和1/3倍频程4个方面,分析了高铁线和既有线的振动特性及振动对邻近线的影响.结果表明：沪宁高速铁路高架桥并行京沪铁路既有线路基段列车运行引发的振动,以竖向振动为主;既有线不同机车型号和客货类型对其本身钢轨及轨枕的加速度振级影响很大,但是远处测点的加速度振级值趋向一致;扣件系统和桥墩支座是衰减振动的关键环节.对比现有的国内外规范标准发现,沪宁高铁和京沪铁路既有线路基段列车运行引发的振动对邻近线的结构不会产生明显影响;沪宁高铁过车引发的振动主要集中在31.5 Hz和63 Hz频段,京沪铁路既有线路基段,过车时振动主频随着不同机车类型存在差异.     

弹性支承块式无砟轨道冲击振动传递衰减特性试验

针对重载铁路弹性支承块式无砟轨道(LVT)在实际应用中出现的弹性部件变形过大、易损坏等问题, 优化设计了既有弹性支承块, 将支承块短侧边坡度由1∶17.00调整为1∶4.85, 取消了块下垫板, 并采用一体化弹性套靴; 为验证设计成果, 建立了传统型LVT和改进型LVT足尺模型, 采用质量为1 120 kg的重载货车轮对, 以20 mm的落高进行落轴冲击试验, 分别从时域和频域角度对比分析了冲击作用下竖向振动在钢轨、支承块、道床板、底座板及地面等结构部件沿线路纵、竖、横向的传递衰减特性。研究结果表明: 轮轨产生的高频振动能量沿钢轨纵向传递, 低频振动能量传递给下部其他轨道结构; 竖向冲击振动在纵、竖向传递的过程中不断衰减且衰减速率逐渐降低, 在支承块和道床板表面横向传递过程中, 向外侧边缘传递振动增大; 相比传统型LVT, 改进型LVT整体弹性系数减小21.1%, 而阻尼系数增大5.4%, 其振动周期、衰减时长、振动峰值分别比传统型LVT小37.0%、21.3%和3.4%, 各结构部位功率谱密度峰值比传统型LVT小30%以上; 改进型LVT轨道结构各部位Z振级比传统型LVT小, 在地面处减小了3.65 dB, 能更有效、迅速地衰减轮轨冲击力和轨道结构振动, 振动水平更低, 降低了冲击作用对环境的影响。研究结果对于开展LVT减振性能试验验证、优化与工程应用有参考价值。      

齿轨铁路导入装置动力学特性

利用大型有限元商业软件ABAQUS建立了车辆-齿轨铁路导入装置耦合动力学有限元模型;仿真了齿轨车辆通过齿轨铁路导入装置的过程,分析了车辆与齿轨铁路导入装置的动态相互作用;考虑不同参数的影响,研究了齿轨铁路导入装置振动响应、结构应力、动态接触力等动态特性响应规律.研究结果表明:随着支撑弹簧预紧力的增大,齿轮转速能更快达到...     

高速铁路振动荷载时程的动力反分析

为了求解高速铁路竖向振动荷载时程问题,在用Newmark法求解运动平衡方程的基础上,推导了求解振动荷载的公式,提出了由振动加速度反求振动荷载时程的动力有限元方法。结合秦沈客运专线,计算了列车运行速度分别为230km／h和265km／h时的列车竖向振动荷载时程。发现列车运行速度提高了35km／h时,列车竖向振动荷载最大值增加了16．34kN。结果表明由实测振动加速度可以反求振动荷载,该方法可行。