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。     

地铁列车引起的地面振动

为了研究地铁列车引起的地面振动,将轨道、隧道结构和列车荷载简化后建立三维有限元动力分析模型,列车按8节车辆编组,以80km／h的速度运行．计算了列车引起的地面振动,以分析隧道地基弹性模量和隧道埋深对地面振动响应的影响,结果表明：列车通过时,地面的竖向振动普遍比横向振动大;在靠近线路中心的区域,竖向振动随到线路距离的增加很快衰减;地面的横向振动有时比竖向的大,计算时不应忽略;地面振动强度和传播范围随地基弹性模量和埋深增加而减小。     

板式轨道交通引起的地面振动模型

为了研究板式轨道交通引起的地面振动, 建立了单个载荷作用下板式轨道引起的地面振动计算模型。在模型中, 考虑了板式轨道的结构特性, 大地按多层各向同性无限大弹性体建模, 其底层为弹性半空间体。对模型的动力学微分方程先在波数-频率域内进行求解, 然后利用傅立叶逆变换得到地面振动的垂向位移幅值计算表达式。算例表明, 该模型能反映出层状大地中波的频散特性, 荷载移动速度对地面振动有显著影响, 荷载速度增大, 振动响应及影响范围随之增大, 当其超过瑞利波波速时, 将会出现多普勒效应, 这说明该模型能模拟地质沉积作用下的层状大地特性。     

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。     

高速铁路沿线地面环境振动特性的实测与分析

通过对我国某高速铁路路基区段高速列车引起的周围环境地面振动进行现场实测,根据测试数据进行了功率谱分析、Z振级分析和1/3倍频程分析.分析结果表明,列车以250～350 km·h-1高速运行时,在距轨道中心线水平距离30～60m处,地面振动随列车速度的提高而增大;地面振动能量主频在40 Hz左右;地面各处振动呈波动式变化...     

基于遗传算法的列车运行能耗优化算法

研究了CBTC系统中列车控制模型和列车运行调整, 以降低能耗为目标, 对列车在区间的运行控制进行优化组合, 提出了基于遗传算法的能耗优化算法, 根据具体的线路条件, 计算了在不同的运行等级下或不同区间运行时分对应的列车运行速度曲线。以一段2 400m长, 具有典型节能坡设置, 且包含一段60km·h^-1区间限速的线路为例, 进行了能耗计算和优化仿真。研究结果表明: 优化之后速度曲线与其对应的运行等级2、3、4的速度曲线相比, 列车牵引能耗减少到原来的62%、58%、60%, 节能效果显著, 算法有效。     

桥上列车高速运行引起的地面振动试验研究

为了研究高速铁路高架段车致地面振动的传播和衰减规律,以津秦客专线32m简支梁桥区段为工程背景,实测高速列车以速度250~385km/h通过时的三向地面振动响应,并对实测数据进行时域和频域分析。研究结果表明:近场测点的加速度时程呈现出明显的列车周期性加载现象,轴距及前后车相邻转向架间距的激励频率起主要作用;地面各测点在顺桥向、横桥向和垂向3个方向上的振动优势频率范围为25~80Hz;随着距离的增加,垂向地面振动在优势频段显著衰减,而顺桥向和横桥向地面振动在1~80Hz频段内均明显衰减;各测点在各测试车速下,垂向地面振动比顺桥向和横桥向大,而同一测点在顺桥向和横桥向的地面振动加速度级最多相差2dB;顺桥向和横桥向地面振动在距振源约30m处出现放大现象;车速为250~320km/h时,近场总体振动加速度级随车速增加而增大约6dB,但车速为330~385km/h时的各测点总体振动加速度级相差不超过2dB。      

列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述

为深化对地铁车辆段与上盖建筑环境振动影响因素的认识,从振源特点、控制标准、传播规律、预测方法及减振措施这5个方面系统回顾了工程实践和研究成果,并探讨了目前存在的问题与后续研究的方向。研究结果表明：现有地铁车辆段与上盖建筑环境振动评价与控制标准不统一,有必要在现行标准的基础上对车辆段进行合理分区,制定科学、统一、合理的标准;上盖建筑振动来源于与轨道不同距离的承重结构能量的叠加,振动量级取决于振动源强、土与建筑结构的耦合损耗以及上部转换结构的能量衰减;从合成振级上看,振动随楼层的变化并非单调增减;从分频振级上看,低频段振动在不同楼层体现出整体振动的特点,在峰值频率以上的高频段随楼层的增大呈衰减趋势;振源随机性、土与结构接触的不确定性、上盖建筑结构的振动传播特性等因素均对振动在建筑内的传播规律有较大影响,也是决定环境振动预测方法准确性的关键因素;应根据车辆段振源特点对其进行分区,对工程设计不同时期进行分段,进一步研究振动传递路径清晰且便于高效应用的上盖建筑振动预测方法;车辆段减振措施设计主要依赖振源处减振,传播路径隔振和敏感目标自身隔振技术的研究与应用明显不足,有必要研究传播路径永久性隔振措施在近振源场的隔振效果与适用性,推进建筑结构减振措施设计与应用,实现振源、传播路径和敏感目标的综合性减振设计。     

铰接式高速列车运行平稳性

采用面向对象的建模技术, 建立了三车铰接编组、带车端悬挂的三辆编组以及单车的垂向及横向非线性动力学模型。运用所建立的模型, 采用时域和频域的分析方法对铰接式高速列车、采用车端悬挂及车辆间无耦合装置的高速列车的运行平稳性进行了研究。车组中中间车辆的加速度功率谱分析表明, 车辆间设置车端悬挂能明显地抑制车辆的点头及摇头振动。对比分析表明车辆采用铰接, 其减振性能比仅采用车辆端悬挂的优越。对自行研制的铰接式高速列车在振动台进行了运行平稳性试验, 结果表明在轨道高激扰的条件下, 该设计完全能满足车辆高速运行下的舒适性要求。     

京沪高速铁路列车运行的调整

应用运行列车组的方法,研究了高速列车的运行过程,针对同类型运行列车组、高中运行列车组的易调整性以及中高运行列车组的调整难度与各种运行列车组的晚点情况提出了相应的调整规则。仿真结果表明运行列车组能够更好地反应高速列车的晚点情况,给出的调整规则对高速列车的运行调整是可行的。     

变速移动列车作用下轨道动力响应的解析解

城市轨道列车在一半以上的线路内处于变速行驶状态.实测分析显示,列车进出站的振动及噪声问题不容忽视.为了研究进出站列车对周围环境的振动影响,基于轨道结构的周期性频域解析模型,从理论上建立了基于频域解析的变速车轨耦合模型,该系统考虑了整车模型、离散支撑轨道模型、轨道不平顺和轮轨赫兹接触等因素,整个求解过程在波数频率域内完成,该模型可以较好的分析轮轨间包括高频在内任意频率带宽的相互作用.同时还编制了完善的变速车轨耦合频域解析模型计算程序,通过计算结果与实测结果的对比,验证了计算程序的正确性,进而对影响变速移动列车作用下轨道动力响应的扣件刚度、列车加速度和列车初速度进行了参数分析.     

地铁列车引起的大地振动传播规律研究

建立列车一轨道连续弹性双层梁平面模型,模拟地铁列车运行时引起的轨道结构振动,采用快速傅里叶变换法并结合Matlab软件编制程序,求出作用在隧道基底的荷载值,在此基础上,建立“隧道一土层”三维有限元模型,计算并分析了不同列车速度、不同隧道埋深等工况组合下地铁列车引起的大地振动传播规律。     

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。     

高速列车与博格板式轨道系统竖向振动分析模型

研究了博格板式轨道结构特点,提出了横向有限条与板段单元高速列车与轨道系统竖向振动分析模型,分析了此系统竖向振动特性。高速列车的动车及拖车均离散为具有二系悬挂的多刚体系统,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-博格板式轨道系统竖向振动方程组,采用Wilson-θ法对其求解。计算结果表明:钢轨与博格板竖向静、动态位移之差分别为1.1×10-2与2.0×10-4mm,200 km.h-1车速下此系统竖向振动响应计算波形图及量值均符合物理概念,这说明模型正确、可行。     

磁浮列车单铁悬浮车桥耦合振动分析

为研究单铁悬浮车桥耦合振动, 将悬浮控制系统、车辆结构、弹性轨道梁及桥梁安装系统作为整体系统, 建立整体系统的磁浮列车的悬浮控制-弹性桥梁-机械结构垂向耦合振动模型, 以不同频率的外力激扰模拟磁浮列车不同的速度下对桥梁的作用, 分析了不同梁型在整体系统耦合条件下的跨中挠度与振动加速度的变化。研究结果表明: 单铁悬浮稳定后, 简支梁跨中挠度约为两跨连续梁悬浮处挠度的2.5倍; 以200km·h^-1车速通过桥梁时其挠度略小于400km·h^-1车速通过工况, 但前者再次达到稳定状态所需时间约为后者的1/3;车辆以相同速度通过桥梁时, 连续梁悬浮处跨中挠度约为简支梁的40%, 且前者振动加速度小于后者; 仿真过程中桥梁安装临界刚度范围为(5.5~6.5)×10⁷ N·m^-1; 两跨连续梁动力学性能较简支梁更为优秀。     

高速列车随车移动点的脉动风速模拟

以修正Karman风速谱为目标谱, 基于最小信息准则确定线性滤波法自回归模型的阶数, 采用线性滤波法和谐波叠加法模拟了高速列车随车移动点的脉动风速时间历程, 并验证了模拟结果的可靠性, 对比了2种方法模拟脉动风速均值、方差、幅频、相频等特征变量以及风速分布规律的差异, 并分析了2种方法的计算效率。分析结果表明: 采用2种方法得到的脉动风速功率谱密度均围绕目标谱波动; 脉动风速均值约为0, 由于随机数的使用, 使得脉动风速峰值在个别时间点存在差异, 且在低频区域得到的仿真谱差异可能超过50%;不同风向角下计算所得脉动风速均值的差异小于2%, 且脉动风速的分布规律几乎一致; 当列车运行速度为80m·s^-1, 且距地面高度10m处平均风速为25m·s^-1时, 2种方法得到的脉动风速峰值均值间的差异小于1%, 表明2种方法均适用于模拟高速列车随车移动点的脉动风速; 2种方法所得脉动风速幅值均随脉动风速频率的增大而减小, 相位在-π~π内波动, 脉动风速分布在-3~3m·s^-1内的差异仅为0.48%;采用2种方法所得脉动风速点数满足高斯分布, 且高斯分布拟合系数最大差异为3.15%;采用线性滤波法模拟所得脉动风速波动比谐波叠加法大7.89%, 其稳定性劣于谐波叠加法; 采用线性滤波法的计算时间约为谐波叠加法的1/9, 其计算效率远高于谐波叠加法。     

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。