基于基准有限元模型的箱梁TMD振动控制研究

针对高架桥梁结构引起的振动噪声问题,研究TMD控制箱梁结构振动的特性。为了获得精准的箱梁有限元模型,首先以铁路32 m简支箱梁桥为原型,按10:1的几何相似比设计制作简支箱梁缩尺试验模型,应用ANSYS软件建立初始动力有限元模型;对有限元模型模态分析与试验模型模态测试得到的自由模态信息进行误差分析,并采用基于灵敏度分析的模型修正技术对初始动力有限元模型弹性模量和密度进行修正,得到基准有限元模型,误差确认结果显示修正后的有限元模型更精准地反应箱梁的振动特性;进一步利用基准有限元模型,开展TMD控制简支箱梁桥振动的研究,研究结果表明TMD对于抑制桥梁竖向共振有很好的效果。     

铁路简支箱梁阻尼板材减振性能模型试验研究

为研究阻尼板材对铁路简支箱梁桥的减振效果,以某铁路桥32m简支箱梁为原型,制作几何缩尺比10∶1的简支箱梁相似模型,分别在模型梁跨中截面腹板、翼板、底板敷设阻尼板材,对模型梁进行锤击试验,测量各部位的振动响应,研究阻尼板材对腹板、翼板、底板的减振效果。结果表明:箱梁翼板振动随频率增加缓慢衰减,腹板和底板的振动在中高频段衰减较快;振动由顶板传递至底板时衰减最快,传递至翼板时衰减最慢;在腹板敷设阻尼板材后,腹板的振动显著减小,底板的振动有一定程度减小,翼板的振动变化很小;在翼板、底板敷设阻尼板材后,相应部位的振动均大幅减小;阻尼板材能大幅降低箱梁各板件的振动,具有良好的减振效果。     

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.     

城市轨道交通连续桩板结构上无缝线路纵向力分析

连续桩板结构与无缝线路间的梁轨相互作用规律复杂,为研究该结构上无缝线路的纵向力规律,以福州地铁6号线某一连续桩板结构过渡段为工程背景,运用梁轨相互作用原理,建立此过渡段梁轨相互作用有限元模型,进而分析该过渡段上无缝线路纵向力规律。研究结果表明:钢轨制动力受桥梁跨数,结构纵向刚度以及制动荷载位置的影响较大;简支梁桥上列车制动时,应以制挠力为分析指标;桩板结构上列车制动时,可以制动力为主要分析指标。桩板结构上钢轨伸缩力呈对称分布,且远大于简支梁桥上的钢轨伸缩力;增设变形缝能显著减小桩板结构上的钢轨伸缩力。对于长距离连续桩板结构,可在结构中点处设置钢轨伸缩调节器;钢轨断缝值受桩板结构温降影响显著,两者呈线性变化。     

多重调谐质量阻尼器对简支箱型梁结构低频振动控制的仿真研究

为了研究MTMD(多重调谐质量阻尼器)对简支箱型梁低频振动的控制特性,首先通过对箱梁结构进行模态分析确定受控模态,利用经典扩展定点理论进行TMD(调谐质量阻尼器)的最优参数设计,并基于位移振幅最小化的原则,建立评价函数分别进行MTMD的最优参数设计;进而利用有限元分析软件ANSYS进行谐响应分析,研究了TMD的设置个数对减振效果的影响,并针对阻尼器的质量改变、刚度改变和阻尼改变进行了参数敏感性分析。研究结果显示:在附加质量相同的情况下,MTMD的制振效果随着设置阻尼器个数的增加而增强,但个数增至一定程度后,减振效果的提升不再明显;MTMD在质量、刚度参数发生偏移时的制振稳定性随TMD个数的增加而减弱,阻尼参数偏移时的制振稳定性随TMD个数的增加而增强。     

高架箱梁-浮置板轨道系统隔振性能分析

浮置板轨道作为一种减振轨道广泛应用于城市轨道交通中,为研究其在高架线上的隔振性能,建立箱梁-浮置板轨道耦合系统三维有限元模型。利用谐响应分析的方法,分析了箱梁支座刚度、钢弹簧刚度及支撑间距等参数对箱梁结构振动的影响。结果表明:与普通轨道相比,当荷载频率达到20 Hz以上时,浮置板轨道才表现出明显的隔振性能;钢弹簧刚度的变化对高架桥上浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为9~15 Hz以内且影响程度较小。钢弹簧的支撑间距对高架桥浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为50 Hz以上,其影响程度较钢弹簧刚度变化的影响要明显;荷载频率在50 Hz以内的影响很小且仅在位移峰值处有变化。     

高架轨道箱梁结构振动试验模型设计与校验

基于π定理和量纲分析法,推导了某32 m高架轨道箱梁结构缩尺模型与原型物理量之间的相似关系,并通过建立动力仿真模型进行计算,验证了相似关系的准确性;以该相似关系指导设计,并通过合理选材,制作了几何相似比为10∶1的轨道箱梁结构缩尺试验模型;通过激振试验获取了缩尺试验模型的模态频率、振型和加速度响应,并与有限元仿真结果对比,验证了缩尺试验模型的有效性;在此基础上利用该缩尺试验模型研究了轨道箱梁结构的振动传递特性。研究结果表明:高架轨道箱梁缩尺模型与原型结构前10阶模态频率误差均小于1%,且由缩尺模型计算结果反演的加速度响应曲线与原型结果趋势一致,模型与原型之间相似关系推导正确;缩尺试验模型实测模态频率与有限元仿真结果的误差均在8.8%以内,各阶模态振型吻合,且实测加速度响应随时间变化趋势与有限元仿真结果一致,制作的高架轨道箱梁结构缩尺试验模型有效;当振动在轨道结构中传递时,扣件和橡胶层对1 000 Hz以上的高频振动具有明显的衰减作用;当振动由箱梁顶板向底板传递时,顶板加速度导纳最大,翼板次之,其次是腹板,底板加速度导纳最小;设计制作的高架轨道箱梁结构缩尺试验模型能够反映原型振动响应的一般传递规律,可用于轨道箱梁结构振动传递特性与控制关键技术研究。      

沪宁城际铁路基坑开挖对既有线动态影响分析

研究目的:随着列车运行速度的提高,轨道结构的动力响应将增加,对轨道结构动态几何形位的良好保持提出了更高的要求。本文以既有沪宁线旁沪宁城际铁路桥墩基坑的开挖为例,分析基坑开挖对既有沪宁线路基沉降的动态影响。研究结论:通过建立车辆-轨道-路基耦合系统动力分析模型和路基-土体-基坑-支护结构耦合系统动力分析模型,分析基坑对路基沉降的影响。结果表明:基坑的开挖深度、开挖后支护方法、列车通过方式均对邻近既有线路路基沉降造成影响。3种不同工况下的竖向动位移范围在0.8~1.6mm,满足规范要求。     

吸声材料布局对铁路声屏障降噪效果影响研究

为研究吸声材料布局对铁路声屏障降噪效果的影响,以3 m直立型声屏障为研究对象,通过有限元和声学边界元相结合的方法进行建模,分析6种非全吸声屏体布局声屏障的降噪效果,并与全吸声和全反射型声屏障进行对比分析。结果表明：吸声屏体在上部、中部、下部分别对高频(1 000 Hz左右)、中频(630～800 Hz)和低频(100～500 Hz)噪声的插入损失影响较大;在水平方向上,随着下部吸声屏体面积增加,声屏障总的插入损失逐渐增大,声屏障下部屏体2 m范围内吸声对插入损失的改善起主要作用;竖直方向上,受声点7.5 m以上时,声屏障中上部屏体1.5～2.25 m范围内吸声对插入损失的改善起主要作用;随着距离增加,非全吸声屏板布局与全吸声、全反射布局之间的降噪效果差值逐渐变小。当受声点高度为1.5 m,距离声屏障2 m时,非全布局与全吸声和全反射工况的降噪效果相差8.6 dB(A),距离20 m位置时相差2.6 dB(A),距离30 m位置时相差为1.1dB(A)。     

有轨电车嵌入式轨道路基结构动应力分布规律

为分析列车荷载作用下有轨电车嵌入式轨道路基结构动应力分布规律,建立现代有轨电车车辆动力学模型和三维精细化的非线性轨道-路基-地基动力学计算模型,获得在不平顺谱激励下的动态轮轨垂向力,研究列车荷载作用下嵌入式轨道路基结构中动应力沿横向、垂向和纵向的分布规律。研究结果表明:在移动列车荷载作用下,轨道路基结构中的动应力沿横向都呈现驼峰形,且应力极值均出现在钢轨下方;同时在距轨道中心线约1.5 m处,基床表层竖向动应力约等于0,表明路基面宽度取为4m是合理的;当取自重应力的20%作为参考标准时,列车荷载在路基中的影响深度为0.75m;当列车速度为70 km/h时,路基基床表层动应力纵向影响范围约为8.8 m;在对轨道结构进行设计时,建议采用单轴双轮加载,而对路基结构进行设计时,建议使用双轴四轮进行加载。