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.     

轨道交通混凝土异形桩减隔振效果研究分析

为了研究轨道交通应用混凝土异形桩的减隔振效果,通过无限元边界与有限元边界相结合的有限元分析方法进行模型建立和分析研究,并通过模型试验方法对混凝土异形桩减隔振效果进行验证与研究。结果表明:有限元计算方法和模型试验方法得出结果的趋势吻合,可以有效反映出减隔振措施的实际效果;异形桩空心率越小减隔振效果越好,但随着距离增加空心率对减隔振效果的影响快速降低;异形桩内部形状变化对减隔振效果几乎没影响,而异形桩外部形状变化对减隔振效果有一定影响,同时不论是内部形状还是外部形状变化圆形都略好于方形;异形桩空心不填充原状土比填充原状土减隔振效果好,而填充原状土1 000~1 900 kg/m3,减隔振效果几乎没有变化。     

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。     

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。     

结构仿真技术在高带铁路减隔振领域的应用与发展

以株洲时代新材料科技股份有限公司为例,以橡胶材料的FEA数据库和仿真平台为基础,详细介绍了结构仿真技术在高速铁路橡胶减隔振领域的应用成果和最新的研究内容,以期为国内同行在发展结构仿真平台提供一点有益的借鉴和帮助.     

多年冻土区铁路隔振沟隔振效果的数值分析

研究在多年冻土地区铁路两侧设置隔振沟的隔振效果,分析隔振沟的设置的位置及深度,提出相应的工程意见。对热水地区列车运行时所引起振动沿地面传播衰减的规律进行了实测,并根据该地区的实际情况采取用数值分析的方法得到振动沿地面传播衰减的规律,将实测与数值结果进行对比,分析不同位置和不同深度隔振沟的隔振效果。结果表明:位置对隔振的作用影响不大,从减小强振动的区域及路基的稳定性角度综合考虑,建议在3m处为佳;随着隔振沟深度的增大,隔振的效果逐渐增强,但增大的幅度不大。     

高速铁路路基动力响应特征的正演数值仿真

为预测和分析高速列车在路基上行驶时产生的动态荷载、振动和冲击等影响因素,评估路基的稳定性和强度,提出高速铁路路基动力响应特征的正演数值仿真方法。采用实体单元模拟轨枕与钢轨,针对路基、路基本体以及道床设置三维一致粘弹性人工边界条件和三维一致粘弹性边界单元,构建高速铁路路基数值模型;在位移、加速度和应力等方面,结合车轮荷载分布函数,构建高速铁路路基动力响应函数,分析高速铁路路基动力响应特征,计算在不同深度、路基机床表层厚度和行车速度下产生的位移、加速度和应力值。仿真结果表明,应力、位移与加速度的变化没有明显规律,而应力与加速度衰减趋势较大,这种衰减趋势随深度增加逐渐减弱,基床表层厚度对位移产生的影响高于应力和加速度。     

高速铁路环境振动黏弹性边界数值模型及验证

为研究有限元法在高速列车荷载引起的环境振动问题研究中的应用及模拟精度,采用数值方法分析列车运行引起桥梁附近自由场振动问题,数值模型包括列车-轨道-桥梁耦合模型和墩-桩-土耦合模型。其中,墩-桩-土模型采用有限元方法建立,引入黏弹性人工边界从半无限介质土体中截取出有限计算域。通过在模型截取边界施加切向和法向弹簧-阻尼单元,消除模型边界处波的反射与透射。其计算精度通过求解Lamb问题可知,黏弹性边界相比固定边界更加接近于解析解。再将黏弹性边界应用于车致环境振动数值模型,数值分析结果与现场测试结果进行对比,可以看出实测时程与分析结果时程曲线波形和幅值均吻合较好,从1/3倍频程对比曲线可以看出,地面响应峰值频率约为50 Hz,数值分析与现场实测结果在响应优势频段吻合较好。由总振级结果可知,地面响应随与振源距离的增加而减小,数值分析结果与实测响应结果在各测点的具体数值存在一定差值,但差值较小,且振动衰减趋势基本一致。     

高速铁路采空区桥基沉降变形数值模拟分析

通过对采空区桥梁群桩基础沉降进行数值模拟,分析采空区桩基在荷载作用下变形过程及特点,揭示不同工况下的基础变形规律。研究结果表明,基础沉降满足规范要求,沉降主要集中在浅层土地层中;桩间土与桩顶沉降均匀;采空巷道顶板的沉降与地基其他部位沉降基本一致,桩基能够有效限制采空巷道顶板的变形。     

高速铁路桥台台背土压力试验与空间土压力计算分析

高速铁路桥台台后填土从填料选择、施工控制、质量监测等方面均不同于常规铁路。结合试验工程对台背土压力进行研究,同时运用三维有限元程序进行模拟计算,并将计算结果与实测结果进行对比分析。现场测试结果表明,台背土压力大致呈“抛物线型”分布,与库仑土压力理论的线性分布不同。软土地基上桥台土压力存在一定的时间效应,填土结束后有一随时间增长而逐渐趋于稳定的过程,至最终稳定大致需要3个月时间。有限元分析结果表明,台背土压力分布存在一定的空间效应,在同一深度上数值并不相等,中间大,两侧小。用库仑公式计算的结果比数值计算与实测的结果偏于安全。     

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。     

高铁滨海北站路基段环境振动试验研究与数值分析

为了研究高速铁路列车在路基段运行时引起的周边环境地面上的竖向振动特性和传播规律,进行现场试验和数值分析。实测结果表明:高速铁路路基段周边环境地面不同距离测点的Z振级均小于78 d B,振动并没有随距离衰减,只是在距离外轨30~60 m范围内有减弱;距离线路外轨30 m外的环境振动的频谱主峰频率以小于10 Hz的低频为主;振动频谱中并没有显现出高频振动衰减快、低频振动衰减慢的规律。基于FLAC3D的数值分析结果与实测值吻合良好,验证了模型的合理性,并分析群桩加固区对振动的影响,结果表明:在路基段采用群桩基础对地基进行加固,可有效降低高速铁路列车运行对路基段周边环境振动的影响。     

基于动力学分析的高速铁路空间线型振动敏感点分析

随着高速铁路建设和运营技术的不断发展,作为构造物中心线和列车运行轨迹的线路空间曲线线型在铁路系统中越来越受到重视,空间曲线变化点对列车运行动力特性的影响也成为关注重点。为完善高速铁路线路设计理论提供相关依据,以多体系统动力学理论和行驶动力学理论为基础,运用SIMPACK软件建立车-线耦合动力学模型,模拟高速列车在不同工况下的曲线运行状态;分析模型仿真结果,对车体经过缓直点产生的振动的衰减时间进行统计并计算得出相应的振动衰减距离。结果表明:缓直点引起的车体振动衰减距离主要取决于车体横向振动衰减,且随实设超高增大而增大,与曲线半径关系不明显;线路相邻的两平面曲线以及相邻平面曲线与竖曲线之间的最小距离不应小于100 m,条件较好的情况下不宜小于230 m。     

高速铁路有砟轨道结构动力特性分析研究

根据我国新建高速客运专线和200 km·h-1既有线提速改造的实际情况,以有砟轨道结构为研究对象,进行轨道结构动态响应有限元建模与轨道不平顺影响的动力分析、落轴冲击数值计算和不同垫层隔振性能分析、无缝线路钢轨振动特性谐波响应分析及室内实尺模型试验,研究轨道结构动态特性.     

高速铁路接触网非工作支平腕臂变形原因分析及措施

时速300km及以上的高速铁路接触网采用铝合金腕臂,实际工程应用中出现了非工作支平腕臂变形现象,有必要分析其原因并采取措施。以某高速铁路为例,结合接触网主要技术参数,从铝合金热处理、应力释放、工差配合、施工工序等理论方面分析可能导致腕臂变形的原因;将变形腕臂模型化为简支梁结构,校验腕臂的强度;建立转换柱的几何模型,采用ANSYS有限元分析方法,计算关键节点的变形量。采用上述两种方法校验的结果表明:设计采用的结构能满足腕臂挠度不大于1%的要求。为了加强铝合金腕臂的整体强度,避免由于材料加工制造、施工安装等方面原因造成腕臂挠度超标现象,结合现场试验,采取增设腕臂支撑措施。     

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。     

高速铁路840 m全封闭声屏障气压荷载数值模拟研究

采用我国干线铁路开行的复兴号动车组,基于计算流体力学软件Fluent,对高速列车以350 km·h^-1速度通过840 m全封闭声屏障及1/2跨和1/4跨会车工况下声屏障的气压荷载分布规律进行数值模拟。结果表明:会车工况下的压力极值均大于单车工况下,且变化规律更为复杂,声屏障中间位置即1/2跨会车时的压力极值达到最大值,最大正压和负压分别为2 672和4 619 Pa,分别为单车工况下的2.05倍和1.87倍;同一截面各测点的气压荷载波动规律相似,但压力极值存在明显差异;单车工况下,声屏障同一截面上不同测点处的极值压差达到0.6 kPa,体现了压力波传递的三维效应。通过数值模拟获得的全封闭声屏障压力极值和气压荷载分布规律,为声屏障结构设计提供理论依据。