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。     

轨道刚度对车辆-轨道系统频率响应的影响

研究目的:目前,轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统频率响应的影响规律尚不明确,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,以既有提速线路为例,从频率角度,研究轨道刚度变化对车辆-轨道耦合系统振动响应的影响。研究结论:(1)轨道刚度的变化,对车体、转向架的振动影响较小,对轮对及轨道结构的振动影响较大;轨道刚度的增大,对27 Hz以下的低频振动基本无影响,27~70 Hz之间的中低频振动略有降低,100 Hz以上的中高频振动显著增大;(2)随扣件刚度的增大,轮轨力谱以及轮对、钢轨振动加速度谱的最大值均显著增大,且振动频率有向高频发展的趋势;(3)随道床刚度的增大,频率响应谱的最大值变化相对较小,轮轨力、轮对、钢轨和轨枕的振动频率向高频移动;(4)总体上看,扣件刚度对耦合系统振动响应的影响较大,在线路维修时应及时更换恶化的扣件系统,道床刚度变化的影响相对较小,其维修周期可适当延长;(5)该研究可指导轨道结构的优化设计以及轨道的养护维修。     

地铁振动对邻近建筑物影响及围护桩减振效果研究

依托北京某拟建住宅项目,采用现场监测方法获得地铁列车运行引起建筑物场区内地面振动的振动特性,并通过有限元分析软件建立地铁-土体-建筑一体化三维数值模型,预测拟建楼房的振动规律,预测结果与现场监测结果对比显示二者有良好的一致性,并分析采取基坑围护桩作为减振措施的应用效果。研究结果表明:(1)在地铁运行影响下,地面振动加速度级随着频率增加呈现先增大后减小的趋势;(2)对于10层左右的建筑物,地铁运行振动引起的动力响应随着楼层的增加,存在一个先减小后增大的过程,地面首层和顶层的动力响应最为显著;(3)基坑围护桩能有效减小建筑振动响应,各典型楼层最大Z计权振动加速度级均下降7~9 dB;(4)随着楼层的升高,建筑结构对30~40 Hz频段的建筑物竖向振动具有一定削弱作用。     

爆破振动及列车振动荷载作用下隧道动力响应实测对比研究

爆破振动荷载与列车振动荷载均可对邻近工程岩体及结构产生动力影响,但两者的荷载类型以及诱发的激振反应有较大差异.对金丽温铁路某运营隧道在邻近场区的330国道K17滑坡治理石方爆破振动和列车振动响应的对比监测表明,两者荷载作用方式不同,爆破振动响应曲线为单点振源逐步衰减曲线,列车振动响应曲线为连续振源耦合衰减曲线;当爆破工作面距离运营铁路隧道50 m,爆破药量在30 kg时,实测隧道侧墙及导洞岩壁爆破振速总体控制在1 cm/s左右,与列车通过振动荷载基本相当,爆破振动频率略低于列车振动频率,均未发现结构共振现象,可供类似工程参考.     

循环荷载下重载铁路路基累积动应变分析

研究目的:基于山东东营某重载铁路路基工程,以重载铁路路基为研究对象,通过一系列循环振动三轴试验,探究在氯盐侵蚀和循环振动荷载双重因素耦合作用下重载铁路路基的累积动应变发展变化规律,进一步揭示路基土体变形影响因素及其规律。研究结论:(1)循环振动荷载作用下,土体累积动应变随着循环振动次数的增加而不断增大;(2)不同的动应力比下,累积变形曲线呈现出稳定型、临界型和破坏型三种类型;(3)干密度越大,土体抵抗变形的能力越强,累积动应变发展速率越小,临界动应力比越大;(4)土体的累积动应变发展速率随含水率、含盐量和振动频率的增大而不断加快;(5)围压和含水率均可以改变土体累积动应变的发展类型,随着围压的增加,路基的变形速率降低;(6)该研究成果可为重载铁路路基设计与施工提供参考。     

复杂地质大直径盾构隧道列车振动响应分析

对于高速铁路大直径盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性具有重大意义。以佛莞城际铁路狮子洋隧道工程为背景,基于ANSYS有限元方法,采用列车-轨道系统确定列车荷载后,计算不同工况下高速列车振动荷载对软硬不均地层大直径盾构隧道结构的影响,选取不同计算模型对比分析往复荷载作用下隧道地基累积变形的特征。计算表明:(1)双线同时有列车荷载作用时,产生的动力响应更为显著,且与两车间隔的时间有关,当间隔时间为振动周期的倍数时,振动效应最大;(2)较之主应力,列车振动对隧道位移和加速度的影响更加明显;(3)双线列车振动发生时间的偏差会引起响应的振动时程曲线产生约等于Δt的偏移现象,且振动幅值也会偏移,结构的动力响应与地层的动力响应(位移、加速度和主应力)存在相似的变化规律;(4)随着列车运行时间的累加,隧道基底土的累积塑性变形逐渐增大,但随着时间推移后期的增长速率明显减慢;(5)针对佛莞城际铁路狮子洋隧道,近东莞侧隧道基底以砂土为主,建议采用Anand J.Puppala模型进行累积塑性沉降计算;近广州侧隧道基底以淤泥为主,建议采用DingQing Li模型进行累积塑性沉降计算。     

基于现场试验的高铁路基智能压实过程中振动波垂向传播机制

以京雄城际铁路固安车站的路基段作为试验场地,从时域、频域、时频域及能量4个方面,研究振动压实过程中不同深度填料的动力特性及振动波从振动轮至填料全过程的传播机制。结果表明:振动信号从振动轮至填料的传播过程中,振动加速度峰值近似呈双曲线分布,且与埋深呈反向关系,其传播的临界深度为1.0 m左右;振动信号传播至填料中,基波频率有所增大,基波与各次谐波的幅值则逐渐减小;在任意埋深处,振动信号的基波、1次、2次至5次谐波的幅值呈现指数递减,具有严格的指数函数相关性;Hilbert-Huang变换谱能够全面、系统地反映任意时刻振动信号的时域特征,振动压路机对于填料的有效碾压时间大致为2 s;振动能量主要集中在20~50 Hz频率内,与基波和1次谐波频率基本一致;随着埋深的增加,振动能量逐渐减小,特别是在振动波从振动轮传至填料表面时,振动能量的损耗最为严重。     

制动工况下高墩铁路桥梁纵向动力响应研究

研究目的:为研究高速列车制动对高墩桥梁纵向动力响应的影响,本文利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-桥梁耦合系统纵向动力模型,分别采用有限元方法建立轨道-桥梁三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和桥梁耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以石夹沟高墩简支梁桥为例进行车-桥纵向耦合振动分析。研究结论:(1)高速列车在高墩桥梁上快速制动时,对高墩桥梁纵向振动影响较小,主梁纵向位移最大值为0.17 mm,纵向加速度最大值为58 mm/s2;(2)列车制动过程中,主梁纵向位移具有累积性,最大值一般出现在列车制动停车之前,而纵向振动加速度与之相反,最大值一般出现在列车停车瞬间;(3)按照现行《铁路桥涵设计规范》制动力静力计算方法得到的最大墩底弯矩为3 960.7 kN·m,本文算法得到的最大值为1 152.0 kN·m,仅为规范静力算法的31.5%,表明规范对制动力的取值具有较大的安全储备;(4)本研究成果可为高墩铁路桥梁的设计提供参考。     

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。     

重载铁路Ц形浅基高桥墩振动分析及加固技术

研究目的:Ц形浅基高桥墩是我国既有重载铁路中的一种常见类型,具有"头重脚轻"和刚度偏低的典型特点,是铁路基础设施中的薄弱环节。本文以某重载铁路浅基高桥墩为研究对象,针对重载列车通行引起的桥梁结构振动异常现象,采用现场试验和理论分析等技术手段,研究大轴重运输条件下的桥墩振动特性和减振加固技术,并进行实际工程应用研究。研究结论:(1)单线重载列车通过导致双线Ц形桥墩基础受到较大的偏心冲击,进而引起本线和临线桥梁振动增大,尤其是临线桥梁振动明显增大;(2)随速度和轴重增加,两线桥梁振动均呈现增大趋势,地基薄弱、桥墩刚度不足和基础结构缺陷是振动异常根本原因,大轴重列车偏心冲击是直接外因;(3)可采用"增补桩基+增大基础+墩身连接"组合加固方法进行实桥加固,加固后墩顶振幅降低300%,桥墩横向自振频率增加3倍,效果明显;(4)本研究成果可为既有铁路病害整治以及扩能改造提供借鉴。     

列车对周围地面及建筑物振动影响的试验研究

通过铁路桥梁和铁路线路附近的两次现场试验,研究列车对周围地面和邻近建筑物的振动影响。实验结果表明,无论是作为桥墩的点振源,还是作为线路的线振源,铁路附近地面环境和建筑物地板的振动均随列车速度的提高而增大,随距线路的距离增加而减小,但在距线路一定的距离存在着一个振动放大区。对于多层建筑物,较高楼层的振动大,轴重大的列车引起的振动较大;实测铁路附近的楼房地板振动很大,已经超过了我国环境振动控制标准的规定。     

接触网振动分析及防振措施

本文从理论上推导了接触网振动的公式和频率,分析了影响接触网振动的因素。根据实际情况计算了接触网在不同频率下振动的振幅,并相应提出了可采取:1)在线路两侧和高路堤区段种树;2)在跨距中间加类似于失谐摆等防振设备;3)合理设置锚段内的跨距等防振措施。     

线正下桥式车站站房隔振降噪技术措施研究

研究目的:线正下桥式车站具有功能布局紧凑,旅客流线便捷,节约用地及投资的优势。但由于站房位于铁路线路正下方,列车产生的振动和噪声对站房使用及旅客生理、心理感受产生很大的不利影响,所以有必要对桥式车站的隔振降噪技术措施进行深入的研究,将振动、噪声控制在容许范围内,为乘客提供高标准、高舒适度的候乘环境。研究结论:(1)站房采用"桥梁、建筑分离"的结构方式可以在振动和噪声的传播途径上有效减弱其对站房室内声环境的影响;(2)车站的振动和噪声频率均以中低频为主,应根据其频率特征选择恰当的材料和构造做法;(3)站房内外装修装饰材料宜选用轻质材料及弹性构造;(4)室内环境的改善可以增强桥式车站的适用性;(5)本文研究成果可供类似工程借鉴。     

铁路既有线斜向旋喷桩复合地基试验研究

研究目的:在我国西北湿陷性黄土地区分布着广泛的铁路既有线,其中路基沉降问题严重困扰着线路的运营安全,已成为铁路既有线路基普遍而严重的问题之一。在当前既有线铁路不断提速和扩建的形式下,快速有效地治理黄土地区路基沉降问题以保证列车安全平稳的运行有着十分重大的意义。斜向高压旋喷技术因其具有机械操作简单、施工速度快、无需中断行车的优势,目前广泛应运于既有线铁路路基的加固,应用前景看好,但其相关的理论研究比较少。本文依据宝(鸡)中(卫)K 329~K 331段地基补强项目,设计不同角度的斜向旋喷桩复合地基模型试验,并借助FLAC3D对模型试验结论进行验证。研究结论:(1)不同角度的斜向旋喷桩复合地基承载力明显高于天然地基;(2) 30°～90°范围斜向旋喷桩复合地基承载力为中间低两边高;(3)模型试验和数值模拟得出的复合地基承载力特征值相差不大;(4)桩体的角度越大,轴向压力最大值越大,角度越小,轴向拉力最大值越大;(5)综合模型试验和数值模拟数据初步提出了斜向旋喷桩复合地基承载力公式;(6)当旋喷桩角度较小时,建议以抗拉强度来控制桩体的强度;(7)本研究成果主要应用于铁路既有线路基病害整治工程。     

高速列车作用下板式轨道引起的地面振动

根据波数域内分层大地波动方程的求解理论,建立高速列车作用下板式轨道—大地耦合振动分析模型。利用Fourier变换,在频率—波数域内求解振动微分方程,再通过Fourier逆变换得到大地表面的振动位移响应。通过算例分析列车运行速度对板式轨道周围地面振动的影响。结果表明:列车运行速度越高,线路周围地面的振动响应越大。当列车速度大于200 km.h-1时,路基表面位移的幅值随车速提高迅速增大;然而当列车速度增至350 km.h-1时,位移幅值最大值又出现了回落。距离板式轨道中心线越近,行车速度的变化对地面振幅的影响越显著。尤其当列车速度接近地基的Rayleigh波波速时,由于引发共振而使地面振动位移出现峰值。     

定位器失效对接触网振动响应的影响研究

研究目的:定位器是接触网的关键零部件,一旦发生故障,直接影响弓网受流的可靠性和安全性。通过研究定位器失效对接触网振动响应的影响以进行定位器故障诊断。首先,通过机理分析区分定位器线夹脱落和钩环脱落两类故障;其次,建立接触网定位器故障仿真模型并搭建接触网全参数故障仿真系统,获取接触网定位器故障时的接触网振动响应参数;最后,通过分析定位器失效时定位点垂直与水平方向的加速度统计数据,提取振动加速度响应时间、振动频率来识别故障特征。研究结论:(1)定位器故障时的振动模式有较大变化且水平加速度大幅增加;(2)故障点处加速度幅值主频前移,相应峰值降低,相位角持续降低;(3)故障点水平方向加速度变化剧烈,接触网振动响应明显失常,直接影响弓网受流乃至列车正常运行;(4)在实际工程中,通过本文方法可实现对定位器故障的快速定位和诊断,确保弓网受流的稳定性。     

地铁运行诱发振动对车辆段上盖开发结构的影响

以北京地铁四惠车辆段上盖大平台及其上的住宅楼为研究对象,根据地质勘察及设计等资料,以地铁列车动荷载时程作为模型输入,建立FLAC二维动力数值分析模型,并进行动力学分析,得到地铁列车运行产生的振动对车辆段上盖及开发建筑的影响规律：在地铁列车通过时,车辆段上盖开发大平台两层板的水平振动强度第一层比第二层大,而两层板竖直方向振动强度几乎一致;随着与地铁线路距离的增加,各幢楼房的水平振动强度在不同楼层的分布规律并不一致,其中位于地铁线路上方楼房的水平振动强度在底层和顶层都较大、中间层较小;每幢楼各层的竖直方向振动加速度几乎一致;对于各幢楼房而言,振动强度竖直方向较水平方向更为显著。     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.     

高速铁路路基B组填料振动压实参数优化室内试验研究

目前,高速铁路路基通常采用振动压实方式进行填筑,然而针对粗粒土填料振动压实参数选择的研究较少,且未考虑颗粒破碎影响.为研究高速铁路B组填料粗粒土在振动压路机作用的振动参数特性,进行室内振动压实试验,分析振动频率、激振荷载、振动次数对B组填料粗粒土压实特性的影响.研究结果表明:填料的干密度随着振动频率的增加而增加,随振动次数的增加呈迅速增长-缓慢增长-平稳增长3个阶段,随激振荷载的增加干密度存在一包络区域,发现选取填料最优振动参数时需同时满足2个条件即频率为最优振动频率且激振荷载大于第2临界荷载(CL2),并最终确定填料的最优振动参数为振动频率f∈[25 Hz,30 Hz],振动次数n∈[2500,5000]且激振荷载Ps大于110 kPa;振动压实作用下颗粒破碎主要以研磨破碎为主,颗粒破碎率随振动频率的增加而增大,并在最优频率区间时破碎率出现最大值.研究成果可为高速铁路路基填筑作业提供参考.     

季节性冻土区扩能改造铁路路堤动力性能测试分析

对长春—白城—乌兰浩特铁路扩能改造工程路堤进行实车运行测试,研究CRH2C-2068综合检测列车在速度等级分别为140,160,170,176 km/h运行条件下季节性冻土区铁路路堤表面动荷载、动变形和振动特性的变化规律,以确定路堤是否满足相应标准要求。测试结果表明:路堤K14+973和路堤K62+119基床表面动荷载最大值分别为32,29 kPa,动变形最大值分别为0. 54,0. 30 mm,振动加速度最大值分别为1. 0,1. 2 m/s~2;路堤动力性能满足动车组以160 km/h及以下速度运行时的相关标准要求。