高速铁路和地铁近距离平行隧道动力响应分析

针对目前国内存在的高速铁路与地铁近距离平行隧道工程,采用拟合的列车振动荷载,通过在轮轨上施加实测振动荷载,同时对列车施加速度场的方式,分析了在高铁列车单独行驶、高铁列车和地铁列车同向行驶及相向行驶3种工况下平行隧道衬砌拱腰、拱脚及道床中心的动力响应特性及其相互关系。结果表明:在列车行驶过程中,列车距离监测点越近,其振动效应越强;在同一横截面上,高速铁路隧道道床中心的动力响应最大,拱脚次之,拱腰最小;高速铁路隧道衬砌动力响应在高铁列车单独行驶时最小,高铁列车与地铁列车同向行驶时次之,高铁列车与地铁列车相向行驶时最大。     

列车振动荷载作用下高速铁路近距地铁平行隧道的动力响应特性分析

为研究高铁列车和地铁列车同向以不同速度行驶时的振动对高铁隧道衬砌结构的影响,采用模拟的列车振动荷载,在铁轨上施加对轮轴的模拟振动荷载并考虑列车速度来研究同向列车振动荷载下高铁隧道衬砌的动力响应特性。结果表明:在同向行驶的列车振动荷载作用下,对于隧道特定监测点而言,存在一个列车行驶振动响应的影响区,列车行驶至该监测点时,其振动响应最大;高铁隧道中部横断面衬砌振动响应从上到下逐渐增大,拱脚、拱底竖向应力幅值分别为拱腰的1.63、2.26倍,加速度最大幅值分别为拱腰的1.21、1.29倍。     

地铁列车振动荷载作用下近接隧道动力响应分析

地铁列车振动引起的动力响应是地铁营运期间的重点问题。为研究地铁列车振动荷载作用下近接隧道的动力响应,依托工程实例,以激振力函数法模拟列车振动荷载,利用FLAC3D软件建立隧道及周围土体三维数值模型,对近接隧道结构不同位置的振动加速度、应力、位移响应进行模拟分析。结果表明：(1)隧道底板的加速度响应大于顶板,左侧壁、中板和右侧壁,中部位置的测点加速度峰值最大;(2)隧道左侧壁和右侧壁上测点距底板距离越大,应力响应越小,而中板上测点的应力响应基本不随距离变化;(3)隧道底板上各测点竖向动位移均随时间不断增大,并且大致可分为3个阶段,随着底板上测点与地铁隧道的距离增加,其竖向动位移量呈线性减小。     

复杂工况下地铁交叠式车站振动特性分析

为研究地铁交叠式换乘站在复杂动荷载工况下的结构振动特性,基于轮轨耦合动力学原理建立车辆-轨道耦合模型及轨道-车站有限元模型,结合地铁车站现场测试,分析不同线路交叠与单线运行、列车进站制动、出站启动及不同载重等工况下对地铁交叠式换乘站结构的振动特性影响。研究结果表明：地下一层A号线运行引起的车站振动响应大于地下二层B号线运行引起的车站振动响应;地铁列车出站工况下的楼板振动加速度大于进站工况;无论哪种工况,其振动响应主要集中在25～50 Hz和90～140 Hz频段上,A号线进出站引起的同层楼板振级超过振动限值,而B号线引起的同层站台振级满足振动限值;B号线列车单线在不同时段的载重越大,车站结构振动响应及增幅越大;地铁交叠式车站设计时,需考虑地下一层及列车出站启动工况的减振措施。     

地铁列车加速对振动源强及环境振动传递特性影响研究

为缓解地铁列车出站加速过程引起的振动对车站内工作人员及上盖物业居民的影响,首先应探明环境振动传递特性,通过对某城市地铁车站的3个隧道内矩形断面及隧道上方地面进行现场实测,从时域和频域的角度分析地铁列车出站加速过程对振动源强及环境振动传递特性的影响。研究结果表明：(1)地铁列车出站的加速过程中,引起的钢轨振动响应随车速提高而增大,但是道床和隧道壁的加速度峰值在行车速度为40 km/h断面处最大,主要原因是车辆加速初段引入的低频冲击;(2)地面和隧道的振动主频都在63 Hz附近,说明车站结构可以有效传递该频段的振动,且车速对该主频没有影响;(3)对于地铁车站的上部土体,振动在地面横向传递过程中存在放大区,在设计地铁隧道上方地面建筑物布局时,需重视该效应;(4)本次测试的车站区间,隧道壁源强到地表的衰减约为5 dB,小于区间的衰减,主要原因是地铁车站结构对振动的衰减要弱于土体,考虑到地铁车辆在车站边界已经达到了较高速度,因此车站附近的环境振动问题需要更加予以重视。     

大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合效应及影响参数研究

"抱轨"行驶是跨座式单轨交通的一个显著特点.针对单轨列车与双层桥面钢桁梁斜拉桥的车桥耦合动力性能,以主跨468 m牛田洋大桥为工程背景,基于ANSYS及SIMPACK等软件建立车桥空间耦合动力模型开展联合仿真,研究不同行车速度、不同列车特性下的车、桥动力响应,并对行车安全性等进行了评估.研究结果表明:列车在通过桥梁时的竖向动力效应较弱,位移冲击系数约在1.1以内,且桥梁竖、横向位移响应均与车速无显著联系;竖向位移随过桥车辆数目的增加而增大,横向位移在单线行车时明显大于双线对开工况;桥梁与车体振动加速度均随车速递增,且车体横向振动程度大于竖向;跨座式单轨列车在列车正常行驶速度100 km/h以内通过该大跨度斜拉桥时,桥梁的动力性能优良,桥上列车具备良好的乘坐舒适性.     

运行中地铁列车的车内外压力变化特性研究

通过对我国某型地铁列车进行隧道空气动力学实车线路试验,得到地铁列车实际运行过程中车内、外压力变化规律。试验结果表明:该型地铁列车车内压力变化满足我国地铁设计规范舒适度评价标准及美国地铁人体舒适度评价标准。地铁列车运行过程中,最长隧道区间的车内、外压力变化幅值明显大于其它隧道;列车以不同速度和模式运行中,车内1.0 s、1.7 s、3.0 s时的压力变化幅值和车外各测点压力变化幅值均不相同,车体表面测点压力变化由车头至车尾方向呈逐渐减小的趋势。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

小半径曲线段浮置板轨道振动对邻近民居影响测试研究

为评估小半径曲线浮置板轨道段地铁列车下穿振动敏感建筑造成的环境振动影响,对无锡地铁2号线近距离下穿一处民居进行现场测试,从加速度时程、频谱、有效值、1/3倍频程谱和最大Z振级(VL_z,max)方面进行分析,探究民居不同楼层及不同平面位置处的振动响应规律。研究结果表明：(1)同楼层中远离线路的楼层中央加速度响应时程峰值明显大于靠近线路的楼层边缘处,而不同楼层的同一平面位置处,2楼加速度响应明显大于1楼;(2)由于浮置板轨道一阶固有频率及轮轨共振频率的影响,振源及民居不同测点加速度频谱峰值均出现在7 Hz及80 Hz附近;(3)不同楼层及不同层内平面位置的最大Z振级量值存在一定差异,各测点的平均最大Z振级在53.97～57.10 dB之间,小于规范限值67 dB。浮置板轨道在该小半径曲线段对地铁振动控制作用良好。     

地铁车辆段试车线车致振动特性实测与分析

以某地铁车辆段试车线列车运行的振动特性为主要研究对象,实测了列车以不同速度出入库时所引起的轨道区、地面区和室内区的振动加速度响应.从时域和频域角度分析了振动传播特性.结果表明:轨道区振动以高频成分为主,且随振动传播过程衰减较快;随着列车速度的增加,各测点的振动强度整体呈现增大趋势,但地面和室内测点的振动小于63 Hz,...     

地铁出入段线类矩形盾构隧道振动传递特性测试分析

以宁波地铁3号线一期工程出入段线类矩形盾构隧道为研究对象,在隧道内与地面布置加速度传感器进行同步测试分析,测试分为一列列车运行与两列列车同向并行运行两种行车工况。结果表明:两列列车同向并行运行工况与一列列车运行工况相比,同一测点振动加速度有效值明显增大;各测点振动加速度级在绝大部分频段均有增大,且在4 Hz处增大最显著;两种行车工况下,过车引起的振动由隧道壁向地面各测点传播过程中,呈波动衰减趋势,高频段振动传递损失较低频段大,大部分测点在5 Hz以内频段传递损失均出现负值,说明此频段附近振动加速度从隧道壁传递至地面有放大现象;两列列车同向并行运行工况对环境振动评价影响较大,在线路设计时,建议考虑列车会车对环境振动的影响。     

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。     

“桥建合一”型地铁高架车站振动舒适度研究

"桥建合一"型地铁高架车站的轨道梁刚接在站房结构框架梁上,存在严重的车致振动舒适度问题。为了研究列车过站时"桥建合一"型地铁高架车站的振动舒适度规律,以某典型侧式"桥建合一"型地铁高架车站为研究对象,采用数值计算软件Matlab建立27自由度列车模型,采用有限元软件Ansys建立车站有限元模型,基于分离迭代法实现列车-车站的耦合作用,并对比实测数据验证列车-车站耦合振动分析模型的准确性。采用已验证的列车-车站耦合振动分析模型计算列车到发站时站房的振动舒适度敏感点,并研究列车车速、楼板厚度和桥墩跨度参数对站房振动舒适度的影响。研究结果表明:"桥建合一"型地铁高架车站的结构动力特性具有特殊性,典型楼板的1阶竖弯频率为28.91 Hz,是高铁客运站的4.7~7.7倍;站厅层振动舒适度敏感点位于结构缝附近和车站端部悬挑区域,列车到站时站厅层振动超标最大为32%;站房的车致振动相应总体上随列车车速的增加而增大,列车正线过站时60~80 km/h速度区间与列车会车过站时20~40 km/h和60~80 km/h速度区间的楼板振动增幅较为显著;楼板的车致振动在其自振频率附近会产生"共振效应",楼板厚度参数对楼板自制频率的影响较小,桥墩跨度参数对楼板自振频率的影响较大,合理设计桥墩跨度可以有效避免楼板产生"共振效应"。     

“房桥合一”轨道层结构车致振动响应测试研究

为研究“房桥合一”轨道层结构车致振动特性与传播规律,选择天津西站轨道层结构,测试客、货列车通过时的轨道层结构振动加速度响应.16种工况共128组数据的分析结果表明:在列车低速通过时,“房桥合一”轨道层结构的加速度振级范围为83～113 dB;同一测点在相同振源距离、相同车型下,其振级随车速的增加而增大;在相同车速和车型下,测点的振级随距振源距离的增加而呈非线性减小,减小程度随距振源距离增加而降低.车速对“房桥合一”轨道层结构的主要车致振动响应频率的影响不大;距振源越近,频谱峰值越大;车速越高,频谱峰值越大.客、货列车对“房桥合一”轨道层结构的激振频率不同;货车对结构有低频激励影响,且高频激振不稳定;客车高频激励较为稳定.采用点振源函数拟合“房桥合一”轨道层结构的车致振动响应,获得了可以表征“房桥合一”轨道层结构车致振动传播规律的振动衰减曲线.     

地铁列车运行诱发的地面振动响应特性分析

为分析地铁列车运行引起的地面振动响应特性,运用ANSYS/LS-DYNA计算软件建立振动响应分析模型,并结合广州地铁实际情况,分析不同轨面埋深、土层类型、运行车速、列车车型、减振扣件及建筑物影响下的地面振动响应特性。研究结果表明：轨面埋深会对地面振动产生一定影响;隧道下卧土层对于地面振动的影响小于上覆土层的影响;降低列车车速可有效减小地面的振动响应;地铁A型车相较于B型车,其运行引发的地面振动响应更大;减振扣件对于地铁列车运行引起的地面振动减振效果明显;建筑物对于地面振动传播具有一定衰减效果。     

"桥建合一"型地铁高架车站振动与结构噪声测试研究

"桥建合一"型地铁高架车站,相比于传统的"桥建分离"型高架车站,具有更严重的振动和结构噪声问题.以某典型"桥建合一"型地铁侧式高架车站为工程背景,通过实测列车到发站时站房结构振动和结构噪声响应,分析这类结构型式的响应规律,同时对不同功能区进行舒适度评价.研究结果表明:"桥建合一"型地铁高架车站的振动更剧烈,站厅层峰值加速度是"桥建分离"型高架车站的2～6倍;相比于柱顶/底,楼板振动的优势频段为10～60 Hz,低频振动被放大,并在楼板一阶竖弯频率处出现共振;相比于柱顶/底,悬挑端部振动在低频处被放大,受雨棚立柱的约束作用,站台层悬挑端的振动放大效果弱于站厅层;列车到发站时站厅层不满足振动舒适度要求;休息室内结构噪声影响较振动严重,最大超标量为21.02 dB.     

京雄城际铁路雄安高架站无砟轨道减振技术研究

京雄城际铁路雄安高架站轨道层为"房桥一体"的框架结构,该层正上方及正下方均设置旅客候车区.列车到发及通过时引发的振动传递至站台、车站办公场所及候车厅,会影响候车旅客及车站办公人员的舒适性.基于有限元理论建立车-轨-站一体化耦合动力学模型,研究列车通过时无砟轨道结构的动力响应,分析不同刚度隔振垫的减振效果,并对减振无砟轨...     

地铁列车引起与地铁合建建筑结构环境振动特性现场测试分析

对地铁列车引起与地铁合建建筑结构环境振动响应进行现场测试,从时域和频域角度分析地铁列车引起合建建筑结构环境振动特性。分析地铁列车引起地铁合建建筑结构环境振动传播规律及频率分布特点,结合振动控制标准对环境振动进行了评价。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,合建建筑结构的振动幅值随距振源距离增大而减小;合建建筑结构上部结构的振动频率分布特性基本上与地铁线路结构一致,主要集中在20~80 Hz范围内;合建建筑结构横向环境振动水平比垂向环境振动小,振动响应幅值约为垂向的0.8倍,但两者处于同一水平,甚至在部分频率范围内比垂向速度振动水平高。     

新线隧道列车运营对既有地铁结构振动影响的研究

以在建北京地下直径线为背景,选取了2个典型评估断面,建立二维动力有限元计算模型,应用车辆一轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷栽,并作为激励作用于有限元模型上,通过数值模拟计算,预测新线隧道北京地下直径线开通运营后对临近既有地铁结构振动的影响.根据对结构物安全的振动控制标准,确定以竖向速度作为既有地铁结构振动响应的安全性评估标准.结果表明:地铁列车运行对其自身结构的振动影响要大于地下直径线列车运行对地铁结构的振动影响;地下直径线列车的运营使邻近地铁结构动力响应增加,对其耐久性和正常使用有一定影响,建议在这些区段采取减振措施.     

武广高铁红黏土路堑基床动响应现场测试与分析

研究目的:路基基床承受列车和轨道荷载,必须具有足够的强度和稳定性.随着列车速度不断提高,对路堑基床在高速列车动载作用下的力学响应进行现场测试分析,对于正确的进行高速铁路路基设计具有重要的指导意义.研究结论:通过动响应现场实测,研究了时速300～350 km的机车通过武广高铁红黏土路堑基床时的动响应规律.分析了不同方向列车行驶条件下,振动速度、振动加速度、动应变、动应力沿基床横向、深度方向的分布规律.分析表明:竖向测试断面上振动速度、振动加速度、动应变、动应力等动响应参数均随深度增大而衰减;横向测试断面上,右线车作用下基床动响应近似呈倒“V”字形变化,左线车作用下随水平距离的增大而减小.与有砟轨道基床动响应测试成果对比表明:同等条件下,无砟轨道基床动响应小于有砟轨道,且无砟轨道下动响应衰减速率慢,影响深度大,因此建议高速铁路无砟轨道基床厚度取5.0m左右.研究结果对其它高速铁路的建设有重要的借鉴作用.