扣件胶垫刚度的频变性对地铁隧道环境振动的影响

结合车辆-轨道耦合动力学及有限元谱分析技术,提出考虑扣件胶垫刚度频变特性的地铁隧道环境振动频域求解法。在理论与实测结果对比验证的基础上,探讨扣件胶垫刚度频变对地铁隧道环境振动频域分布特征的影响规律。结果表明:建立的地铁隧道环境振动频域求解法及其参数选取方法基本合理,并且在频域范围内有较好的预测精度;在地铁隧道环境振动中心频率25Hz以下,胶垫刚度频变的影响低于0.3dB,可不予考虑,但是频变的胶垫刚度会显著影响中心频率25Hz以上的近场地面高频振动响应,不仅影响其频域幅值大小,还将改变其频域分布;随着地铁轨道不平顺的持续恶化,如不考虑胶垫刚度的频变特性,仅提高胶垫刚度易导致地铁环境振动低频与高频预测结果出现顾此失彼的现象。     

地铁波磨下胶垫频变对轮轨高频振动的影响

研究目的:为研究地铁钢轨波磨条件下扣件胶垫频变特性对轮轨系统振动响应的影响规律,本文首先测试并表征地铁扣件橡胶垫板的频变力学特性,然后建立地铁车辆-轨道垂向耦合动力学频域分析模型,并以某地铁实测钢轨波磨数据作为激励输入,计算和分析地铁扣件胶垫频变特性对轮轨系统高频动力响应的影响。研究结论:(1)在双对数坐标系下,扣件胶垫刚度(阻尼系数)随激振频率呈近似线性正相关(负相关);(2)考虑胶垫频变特性后,除钢轨振动加速度外,轮轨系统在波磨诱发频率范围内的动力响应均显著减小,但钢轨振动响应主频仍然在波磨诱发频带;(3)胶垫频变特性会增大轮轨系统在35～90 Hz以及700 Hz以上频段的振动响应,因此在预测地铁环境振动和高频轮轨噪声等问题时应考虑扣件胶垫频变特性;(4)本研究结论可为地铁钢轨波磨条件下轮轨系统的准确动力评估提供理论与试验依据。     

Vossloh300型扣件胶垫刚度频变特性对高铁高频振动的影响

以Vossloh300型扣件胶垫为研究对象,利用配备温度箱的万能试验机得到其在20?℃下的静刚度值。基于Timoshenko梁理论建立车辆-轨道垂向耦合系统随机振动分析模型,探究该型扣件胶垫频变刚度在不同频段内对轮轨系统随机振动频域特征的影响规律。实验结果为:Vossloh300型扣件胶垫静刚度在3~5?Hz激振条件下的测试值为22.4?k N/mm。仿真分析表明:Vossloh300型扣件胶垫刚度频变特性对CRH380型高速动车组轮轨系统高频振动影响较小,但对其1/3倍频中心频率为40~100?Hz影响较大,扣件力最大增幅达30.98%,并且使轨道结构振动增加2?dB。因此,在进行轮轨系统振动分析时,应考虑扣件胶垫刚度的频变特性。     

扣件胶垫频变动力性能对钢轨垂向振动特性影响分析

利用配有温度箱的万能力学试验机,结合温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型,测试与表征Vossloh300钢轨扣件弹性垫板随频率非线性变化的黏弹性动力性能,并基于有限元方法研究考虑胶垫频变特性对钢轨垂向振动及传递衰减的影响规律。研究结果表明:在双对数坐标系下,扣件胶垫刚度和阻尼系数与频率近似呈线性正相关和负相关。胶垫阻尼频变主要增强中低频范围内的钢轨垂向振动,并能激发出钢轨1阶垂向共振频率;胶垫刚度频变能更准确预测钢轨1阶垂向共振频率;而胶垫频变特性对钢轨pinned-pinned共振频率无影响。考虑胶垫频变特性后,在1阶垂向共振频率以下,钢轨振动在激振点附近快速衰减,超过该频率钢轨振动主要沿钢轨纵向衰减。     

地铁列车引起的地面振动响应测试分析

在深圳地铁1号线附近一振动敏感区进行了地面垂向振动测试,分析了南北列车单独通过和双线列车同时通过三种工况下地面振动响应规律。结果表明：地铁列车单线通过时地面垂向振动响应总体上随距隧道中线水平距离增加呈波动性下降趋势,地面振动垂向分频最大振级在距隧道中线水平距离4.5 m处最大;南线列车单独通过引起的振动经过北线隧道时,隧道结构对其振动响应有一定影响;在距北线隧道中线水平距离10 m处,双线列车同时通过时地面振动垂向分频最大振级比北线列车单独通过时增大7.8%。评估地铁对邻近敏感建筑物的影响时,建议考虑双线列车同时通过时振动叠加所造成的影响。     

富水砂卵石地区不同类型轨道振动源强及衰减特性试验研究

地铁运营所产的振动噪声问题一直是其发展过程中亟待解决的难题,不同减振措施、不同地质条件下轨道结构产生的振动波传播及衰减规律也存在较大差异,为探究以富水砂卵石为主的地铁不同减振轨道结构源强及振动随距离衰减的特性,文章对成都地铁GJ-Ⅲ减振扣件、钢弹簧浮置板、一般轨道结构和浮轨式扣件4种轨道结构形式隧道壁振动源强和地面振动响应进行现场同步测试,并从频域、时频域及地面Z振级等方面对获得的数据进行分析。结果表明：GJ-Ⅲ减振扣件、浮轨式扣件和钢弹簧浮置板3种减振轨道形式均可有效降低隧道壁源强和地面振动,三者减振效果钢弹簧浮置板大于浮轨式扣件大于GJ-Ⅲ减振扣件;环境振动的主频在经过土体介质后一般不会发生改变,轨道结构形式是决定环境振动频域分布的主要因素,地面环境振动随传播距离的衰减主要体现在各组断面的主频上而加强区测点的频域加强频带为50～80 Hz;4 Hz以下的低频振动和50 Hz以上的高频振动经过土层介质后均有较为明显的衰减。     

扣件系统频变和温变特性对钢轨振动特性的影响

为研究扣件系统刚度和阻尼的频变以及温变特性对钢轨振动特性的影响,针对钢轨-扣件系统,采用格林函数法推导钢轨任意位置的位移导纳,计算考虑扣件系统频变和温变特性后钢轨的点导纳和位移导纳,并与不考虑扣件系统的频变和温变特性情况进行对比。研究结果表明:在一定频率范围内,激振频率的增大会提升扣件系统的刚度,降低系统阻尼,进而增大钢轨的共振频率,并加剧钢轨大于钢轨共振频率的高频振动响应,不利于高频振动的纵向衰减,但对钢轨的pinned-pinned振动无影响;在一定温度范围内,温度的降低会提升扣件系统刚度和阻尼,有助于减弱钢轨小于共振频率的低频振动响应,却会加剧钢轨的高频振动,进而加剧钢轨振动辐射噪声。     

地铁运行对建筑物及环境振动的影响

前海二单元五街坊项目受下穿地铁运行的振动作用,对建筑物振动及区域环境振动造成不利影响。通过现场振动实测,得到振源及地表的振动数据,利用实测数据验证"轨道-隧道-土层-建筑物"三维有限元模型。模型预测结果表明,3号楼、4号楼和5号楼的最大Z振级指标均满足标准要求;3号楼第3层和4号楼第2层分频最大振动超过标准限值,其余各楼层分频最大振级均满足标准要求。针对超标楼层,建议开展建筑隔振设计,降低振动响应。     

地铁钢弹簧浮置板轨道的减振效果分析

应用ABAQUS软件建立列车—轨道—隧道—土层的动力学模型,研究钢弹簧浮置板的减振效果.在地铁列车以20 m·s-1速度运行条件下,浮置板的振动加速度峰值(15m·s-2)远大于普通轨道;铺设浮置板后隧道拱顶和地表的振动加速度峰值分别为0.07和0.005m· s-2,远小于普通轨道.频域分析表明:浮置板的振动频率在400Hz以上频段衰减很大,而100Hz以内低频成分的振动能量明显增强;浮置板轨道对于隧道拱顶在400～800Hz、地表在20～80 Hz频段内的减振效果明显.1/3倍频程分析表明:浮置板的分频振级最大增量为22 dB(中心频率为10 Hz);铺设浮置板后隧道拱顶的最大减振量为18 dB(中心频率1 016 Hz),地表的分频最大减振量为6 dB(中心频率63 Hz).Z振级分析表明:铺设浮置板后隧道拱顶和地表处的减振量分别为24和25 dB,在25～80 Hz频段的减振效果最好;因浮置板自振频率处于20 Hz以下的低频范围,能够吸收中高频振动、放大自身低频振动,所以具有阻高频、放低频的减振特性.     

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。     

轨下支承参数对钢轨声振特性影响研究

钢轨辐射噪声是轮轨噪声的主要组成部分,轨下支承参数对钢轨的振动与声辐射有着较大的影响。为研究轨下支承参数对钢轨声振频域特性的影响,基于FEM/BEM方法,建立钢轨振动力学模型和声学边界元模型,分析轨下扣件支承间距、支承刚度和支承阻尼对钢轨声振特性的影响规律。结果表明:扣件支承间距对钢轨的声振特性影响不明显;在20~200 Hz之间,合理大小的扣件支承刚度可以有效地减少钢轨振动与声辐射;合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨振动的频率范围为20~2 000 Hz,合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨声辐射的频率范围为100~1 000 Hz;扣件支承阻尼对钢轨声振特性影响的频域明显要宽于扣件支承刚度。     

地铁扣件刚度和阻尼对钢轨异常波磨的影响

根据目前北京地铁隧道内和桥梁上减振器扣件轨道结构面临的钢轨异常波磨问题,分别建立地铁隧道内和桥梁上整体道床轨道结构的垂向振动分析模型,分析对比两种基础上钢轨的垂向动力传递特性,讨论扣件刚度和阻尼对其动力特性的影响,最后给出此类波磨的控制建议.     

地铁列车运行引起环境振动响应的人工单点列脉冲激励预测方法

为了在频域内精确预测地铁列车运行引起的环境振动响应,研究提出基于实测振动传递特性的人工单点列脉冲激励预测方法。应用人工单点列脉冲激励获得传播系统的振动传递特性,采用振动传递转换公式将其转化为地铁列车运行时的振动传递特性;结合已建立的实测振源数据库,预测地铁列车运行引起的环境振动响应。以地铁15号线望京站—望京东站区间的地表振动预测为例,采用该方法、数值模拟方法和链式衰减预测法分别预测该区间地表预测点处的振动响应,并与实测结果进行对比。结果表明:采用该方法可以得到受振目标测点的频谱、1/3倍频程谱、Z振级等指标,并可实现多点同步、精确的振动响应预测;与其他2种预测方法相比,该方法具有预测精确度高、预测频带宽、受振目标针对性强等特点,适用于地铁隧道修建前后对重点受振目标的频域内精确预测。     

扣件胶垫老化对地铁振动的影响

以DZⅢ型扣件为研究对象,建立车辆-轨道垂向耦合Timoshenko梁模型,计算钢轨垂向振动加速度,并与一地铁线实测结果进行对比,分析扣件胶垫老化后刚度的变化对轨道振动的影响。结果表明:计算结果和实测结果基本吻合;随着胶垫老化,胶垫刚度从30 kN/mm增加到60 kN/mm时,钢轨垂向振动加速度没有明显的变化;胶垫刚度从30 kN/mm增加到90 kN/mm时,钢轨垂向振动加速度最大值增加了112%,即胶垫刚度增大2倍以上时,钢轨振动加速度所受影响较大;当钢轨振动中心频率125 Hz时,胶垫刚度变化对钢轨振动的影响较小;当钢轨振动中心频率在125~1 500 Hz时,胶垫刚度变化对钢轨振动的影响明显,加速度振级变化最大值可达14.22 dB;随着胶垫刚度的增大,轮轨力的变化比较明显,轮轨脱离的时刻明显增多。     

南昌地铁4号线列车运行对南昌西站站房结构的振动影响

对南昌西站综合交通枢纽进行模型仿真,从时域和频域的角度分析南昌地铁4号线对该站的振动影响。研究南昌地铁4号线在不同行驶速度、不同隧道埋深下的振动传播规律及频率分布特点。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,南昌西站的振动幅值随着振源距离增大而减小,在地面距离轨道中心线24~36 m、60~72 m的区域出现振动放大区。车站不同结构层的振动频率分布特性基本一致,主要集中在0~60 Hz范围内。车站结构横向环境振动水平比竖向环境振动小,竖向振动响应与横向、纵向的振动响应频域分布较为一致。车站结构关键点出现最大振级的频率随着结构高度的增大逐渐向低频移动。     

北京地铁环境振动预测中源强选取的研究

地铁环境振动预测中源强位置的选取至关重要。通过对北京市铺设不同减振措施的地铁线路的实地测试分析,计算各测点一天内200多列车的振级并对其进行频次统计分析,比较各测点的振级波动范围。研究结果表明:在北京市地铁环境振动预测中选择隧道壁作为源强可以更好地反映实际振动情况,有助于提高环境振动预测精度;男外,提出一种剔除部分出现概率小且偏离均值较大的离散数值以缩小波动范围的方法,简单实用。     

地下铁道环境振动快速预测及可视化研究

采用Python语言编制了隧道-地层二维频域有限元建模程序,可实现地铁全线所有预测断面内地层与隧道建模信息的自动提取,以及模型的循环建立与自动求解,从而高效预测地铁通过时环境振动情况。将地表不同位置的振级绘成可视化图像,可用来直接识别不同行车条件以及不同地质环境下地铁周边环境振动的敏感区与安全区。将该模型应用于南京地铁1号线,发现现场实测值与理论计算值具有较好的一致性,从而验证了该模型的可行性与准确性。最后以南京地铁1号线为例展示了应用该方法预测地铁列车通过时地表振级的3种形式图。     

基于传递函数标定法的异型盾构隧道地铁列车运行振动分析

基于某城市地铁的异型盾构隧道,采用实际场地传递函数标定数值模型的方法,对异型盾构隧道地铁振动问题进行了研究.研究结果表明:异型盾构隧道埋深增加量与Z振级衰减量不是线性关系;单从地铁环境振动控制角度而言,存在1个最佳经济埋深,本算例的最佳经济埋深为15～20 m;地铁列车运行引起的80 Hz以上频段的振动衰减非常快,传至地面时振动峰值频率为63 Hz;若采用钢弹簧浮置板进行隔振,隧道正上方地面位置Z计权总振级可以减小14.6 dB.     

多等级减振预制道床减振效果 及振动位移研究

为了研究不同等级复合减振预制道床的减振效果,以青岛新建地铁 4 号线张彭区间隧道段为研究对象, 测试 70 km/h 的速度下高、中等级复合减振垫预制道床轨道和普通道床轨道的振动及位移响应,通过引入铅锤 Z 振级分频振级均方根值及 Z 振级传递损失进行综合评价,分别在时域和频域内对 2 种减振等级的复合减振垫预制 道床轨道和普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明：①3 种不同减振类型道床轨道的隧道壁分频振级 均在 50～80 Hz 处达到最大,高等、中等减振道床与普通道床相比较,其减振效果(分频振级均方根差值平均值) 分别为 13.9 dB 和 8.5 dB;道床与隧道壁之间的 Z 振级传递损失值分别为 45.8 dB 和 35.1 dB;②高等、中等减振 道床以及普通道床在实际运营过车时,道床垂向位移分别为 2.298、0.265 和 0.058 mm,道床横向位移分别为 0.058、 0.025 和 0.019 mm。多等级减振通用预制道床对 20 Hz 以上振动减振效果明显,同时可根据不同需求自由选择和 更换减振等级,对减振通用预制道床的发展具有一定的指导意义。     

基于脉冲激励的地铁运营引起邻近建筑物内振动预测方法

根据振动系统传递特性,提出一种新的环境振动预测方法——实测脉冲传递函数预测方法。通过脉冲试验测得振源与邻近建筑物内测点的振动加速度,计算得到振动系统的振动响应传递函数;将实测的地铁运营振源的振动加速度代入传递函数公式,实现对建筑物内测点的振动加速度时程、频谱、1/3倍频程和z振级的预测。应用该方法预测隧道中心楼内测点振动加速度结果表明:隧道结构与隧道中心楼内测点振动加速度传递函数峰值频段为30～50Hz,隧道中心楼内振动加速度峰值频段为40～60Hz;土层和隧道中心楼基础结构对60Hz以上频段的振动具有很强的衰减作用,楼房基础结构有效地隔断了70Hz以上的高频振动。该方法可用于预测地铁运营引起的建筑物内振动。