地铁减振垫轨道结构对车致环境振动的影响分析

减振垫轨道是城市轨道交通高等减振措施中常用的一种轨道结构。为了研究减振垫轨道结构对车致环境振动的影响,首先对减振垫轨道的模态进行分析,其次建立了地铁列车-减振垫轨道-隧道-土体-建筑物系统模型。该系统模型分为两个子模型,将子模型1中的竖向轮轨力作为子模型2的外加激励,计算分析了轨道板、隧道壁、地面和楼层的车致振动加速度特性与振级特性。研究结果表明:由列车运营引起的振动在传递途径中,竖向振动加速度由轨道板到隧道壁的衰减量远大于由隧道壁到地面的衰减量,楼层和地面的竖向振动加速度水平基本相当;轨道板、隧道壁、地面和楼层的1/3倍频程加速度级两个峰值对应的中心频率31.5 Hz、80 Hz与轨道板第5阶、第10阶主振型的固有频率有关;减振垫轨道的中心频率介于3.15 Hz和8 Hz之间的减振效果较好;隧道埋深大于11 m,以及采用减振垫轨道结构的情况下,隧道正上方地面和楼层的Z振级最大值均小于70 dB,能够满足环评标准的要求。     

80 km/h速度条件下地铁隧道内轮轨及车内振动噪声关联性研究

为探究地铁列车以80 km/h速度运营下,隧道内轮轨振动噪声与车内振动噪声的关联性,针对北京某地铁线路,利用压电式加速度计、噪声传感器、数据采集分析仪等设备开展系统的振动、噪声测试。从振动加速度时域、频域以及振动加速度级、铅垂向Z振级、累计百分之十Z振级、最大Z振级、等效连续A声级等角度对测试数据进行评估与分析,根据测试结果建立轮轨振动噪声与车内振动噪声的关联性。结果表明：车内振动加速度最大值约为道床的1/5;道床与车内的振动响应大致相同,两者的卓越频率均主要集中在300～350 Hz、500～700 Hz, 1/3倍频程中心频率均集中在512 Hz附近;轨旁噪声比车内噪声高28～30 dB。     

地铁列车运行诱发地面振动的三维数值分析北大核心

以南昌地铁一号线旁穿建筑物南昌二中宿舍楼所在土层为研究条件,采用有限元软件ANSYS建立了轨道—轨道板—隧道—大地有限元模型。通过多体动力学软件SIMPACK的Wheel/Rail(轮轨)模块获取轮轨作用力,将轮轨作用力施加到有限元模型上求解并作瞬态分析。从时域、频域和Z振级的角度分析了隧道埋深、行车速度、场地土层特征、上行线和下行线隧道净距等因素对地面敏感点振动的影响规律。分析结果表明:增大隧道埋深、降低列车行驶速度可以有效减缓地面振动;土的弹性模量对地面振动有影响,随着土层弹性模量的增大,地面敏感点的振动响应先增大后减小;增大双线隧道的净间距是控制地面振动的措施之一。     

地铁列车运行诱发地面振动的三维数值分析

以南昌地铁一号线旁穿建筑物南昌二中宿舍楼所在土层为研究条件,采用有限元软件ANSYS建立了轨道—轨道板—隧道—大地有限元模型。通过多体动力学软件SIMPACK的Wheel/Rail(轮轨)模块获取轮轨作用力,将轮轨作用力施加到有限元模型上求解并作瞬态分析。从时域、频域和Z振级的角度分析了隧道埋深、行车速度、场地土层特征、上行线和下行线隧道净距等因素对地面敏感点振动的影响规律。分析结果表明:增大隧道埋深、降低列车行驶速度可以有效减缓地面振动;土的弹性模量对地面振动有影响,随着土层弹性模量的增大,地面敏感点的振动响应先增大后减小;增大双线隧道的净间距是控制地面振动的措施之一。     

地铁小半径曲线地段钢弹簧浮置板轨道振动特性测试及分析

对不同行车速度、不同列车载重条件下地铁小半径曲线地段钢弹簧浮置板轨道振动特性进行现场测试,并与相似条件下铺设压缩型减振扣件整体道床轨道地段的测试结果进行对比,研究小半径曲线地段钢弹簧浮置板轨道的减振特性。结果表明:对于小半径曲线地段,钢弹簧浮置板轨道的减振效果在运行速度不大于40 km/h的低速列车通过工况下普遍优于运行速度大于40 km/h的列车通过工况,但小半径曲线地段的振动控制不应一味地降低车速,在某些车速范围内降低车速反而会加剧振动源强;相对于压缩型减振扣件整体道床轨道,钢弹簧浮置板轨道隧道壁最大Z振级的插入损失达9.5～15.4 dB,隧道壁分频振级插入损失的最大值达19.7～27.4 dB,具有更好的减振性能;相较于非高峰时段,高峰时段地铁满载的增重可使浮置板轨道垂向位移增大约10%。     

隧道内列车振动对近接建筑物的影响分析北大核心

针对运营列车通过隧道时引起近接建筑物地面振动进行了现场测试,并对测试数据进行了功率谱、Z振级及1/3倍频程分析。在此基础上,利用有限元软件建立了围岩-隧道-轨道结构振动模型,对运营列车引起的建筑物振动进行了计算分析。结合实测与计算结果,对近接建筑物的振动特性进行了评价。结果表明:列车以速度300 km/h通过隧道时,地面振动功率谱主频白天集中在33.0 Hz左右,夜间集中在42.7 Hz左右,夜间的主频比白天大;地面各测点处Z振级的总体趋势是先波动式上升,再平缓波动,后逐渐波动式下降,地面Z振级主要集中在20~80 dB;1/3倍频程分频最大振级白天位于48.4~60.8 dB,夜间位于47.4~59.4 dB;列车通过隧道时基础处振动速度峰值整体呈波浪形分布,引起的地面振动速度小于0.045 mm/s,小于规范限值要求,对建筑物基础以及人体舒适度的影响较小;在缺乏大量实测结果的条件下,结合小样本实测结果,采用有限元计算结果进行振动响应评价具有一定的可行性。     

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.     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。     

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。     

地铁运行列车引起建筑物低频振动的数值分析

采用施加在轨道上的一系列移动轴荷载模拟列车作用,利用轨道结构连续弹性双层梁模型,计算出某城市地铁列车运行产生的轨枕与隧道之间的作用力。在此基础上,建立隧道-土层-建筑物有限元模型分析了不同车速下不同距离建筑物中不同楼层的振动规律。分析结果表明:移动列车轴荷载引起建筑物低频振动;车速越高,建筑物的竖向振动水平越高;随着到轨道中心线距离的增加,建筑物竖向振动水平逐渐减小;不同楼层竖向振动水平基本接近。     

基于2.5维有限元法和虚拟激励法的地铁交通场地随机振动分析

基于2.5维有限元法和虚拟激励法进行地铁交通场地随机振动特征分析。基于虚拟激励法由轨道不平顺功率谱得到动态轮轨力功率谱,将其作为轨道—隧道—地基土系统2.5维有限元模型的外部激励,计算得到地面随机振动响应,分析车速和轨道不平顺等级对地面随机振动特征的影响。结果表明:地面振动位移受车辆轴重控制,受轨道不平顺随机激励影响较小;地面振动速度和加速度主频随地铁车速的增加显著增大,轨道不平顺等级不改变地面振动响应的频谱分布;轨道不平顺等级降低和地铁车速增大造成地面随机振动响应的离散度和Z振级最大值显著增加;轨道不平顺随机激励下,地面振动速度和加速度上限值以及Z振级最大值在垂直于地铁运行方向的衰减出现明显波动,距轨道中心线60 m外衰减趋势变缓。     

运行列车对附近建筑物振动影响的试验研究和数值分析

通过对京广铁路沿线附近1幢6层砖混结构住宅楼进行现场测试,研究运行列车对附近建筑物振动的影响规律.测试分析表明:运行列车引起附近建筑物楼板的振动有随层高增加而增大的趋势,建筑物顶层的竖向振级比底层大1～2 dB;同一楼层楼板的振动随其距轨道的距离增大而减小;在相同车速下,货车比客车引起的速度振级大5～6 dB;此外,建筑物室外散水处的振动大于临近1层楼面的振动.建立考虑地基土一建筑物基础间为协调变形的列车-轨道-路基-周围地层-建筑物系统空间动力分析模型,计算运行列车作用下的建筑物动力响应规律,并与实测结果进行比较,结果表明,给出的模型能够较好地预测运行列车所引起附近建筑物的振动.     

地铁运营诱发的环境振动对南昌八一起义纪念馆的影响分析

以南昌轨道交通1号线列车运营振动对南昌八一起义纪念馆的影响为工程背景,运用傅里叶变换法和大型通用有限元软件ANSYS分别建立列车-轨道结构连续弹性双层梁模型和大地-建筑物有限元模型。以Z振级和1/3倍频程加速度级为评价指标,仿真分析了列车竖向力和横向力共同作用与仅考虑竖向力作用对建筑物的不同影响,并比较了不同列车速度、隧道埋深、列车类型对建筑物的振动影响。计算结果表明:考虑列车竖向力和横向力共同作用下建筑物的振动响应比单独考虑竖向力约增加1 dB;地铁A型车比B型车约大0.5 dB;改变隧道埋深和速度对振动影响显著。建筑物楼层对高频衰减效果很明显,对低频则有一定的放大作用。     

小半径曲线地段地铁列车运行对建筑物的振动影响分析

针对地铁小半径曲线地段列车运行对建筑物振动影响问题,运用车辆-轨道耦合动力学计算获得振源激励,建立列车动荷载作用下隧道-地层-建筑物有限元模型,并结合现场测试验证了模型的可靠性,研究列车运行对浅基础、短桩基础、长桩基础以及筏形基础建筑物振动响应的规律。结果表明：随着楼层的增加,建筑物的横向振动表现为先减少后增大,垂向振动表现为逐层增大的趋势;建筑物的振动在中高频成分(＞20 Hz)有所增加,低频成分则有所衰减;垂向振动要大于横向振动,楼柱的振动要比楼板的振动更加明显;不同基础条件下的建筑物垂向振级由大到小的排序为筏形基础＞浅基础＞短桩基础＞长桩基础,横向振级由大到小的排序为浅基础＞短桩基础＞长桩基础＞筏形基础,长桩基础对降低加速度振级最为有利。     

CRTSⅡ型板式轨道关键参数对高速车辆-轨道垂向耦合振动响应的影响

基于CRTSⅡ型板式无砟轨道关键参数对行车安全的影响,指导轨道结构的优化,利用有限元方法和轮轨系统耦合动力学原理,建立车辆-轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,研究轨道结构关键参数对列车的振动特性和轮轨垂向作用力的影响规律。研究结果表明：轨道板厚度对行车平稳性基本无影响;当扣件刚度从20 kN/mm增加到100 kN/mm时,轮对和转向架的振动加速度分别增加43.94%和7.98%,轮轨垂向力增加29.83%;扣件阻尼从20 kN·s/m增大到100 kN·s/m时,轮对和转向架的振动加速度分别减小21.64%和7.09%,轮轨垂向力减小9.48%,车体变化不大;为保证行车的安全性和平稳性,扣件阻尼和混凝土支承层厚度应尽可能取较大值。     

地铁隧道列车运行诱发环境二次振动初探

建立了车-线-隧道耦合动力学模型,输入实际的列车、轨道、隧道承力结构参数,获得地铁列车运行时的隧道承力结构动态激励。在此基础上,综合运用有限单元法和无限边界元法,建立了隧道-土体-建筑动力耦合模型,分析隧道周围土体及沿线建筑物的受振特性,探析地铁列车振动对环境的影响规律。结果表明:地铁列车运行引起周围环境的二次振动为低频振动,且主要为竖向振动和横向振动;列车通过时,地面竖向振动最大值出现在距离隧道中心线10 m处,竖向振动加速度除了在距离隧道中心线45 m点出现反弹外,其他各点的振动加速度幅值基本上都是随着距离的增加而逐渐减小;随着传播距离的增加,较高频率的振动成分幅值衰减较快。     

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。     

高速列车高频激振试验台对试验室厂房的振动影响分析

为评估某试验室新建高速列车转向架激振试验台对试验厂房的振动影响，基于车辆-轨道耦合系统动力学模型，计算钢轨波磨不平顺作用下轮轨垂向高频激振荷载，并将其作用于Abaqus基础-地基-厂房有限元动力仿真模型，分析高频激振试验台对试验厂房的振动影响。结果表明：车辆最高模拟速度500 km/h下，受轨道不平顺激扰将产生轮轨高频激振荷载，最高荷载频率1 200 Hz,荷载峰值为213.9 kN;试验台振动影响范围在地面大致集中于以激振台为中心，半径为10 m的“圆形”区域，在深度方向上集中于深度约15 m的“倒梯形”区域；厂房柱下独立基础最大竖向动位移幅值为0.032 mm,最大加速度幅值为32.8 cm/s²,屋架与厂柱连接薄弱处最大振动速度幅值为0.585 mm/s,地面水平方向的振动速度幅值小于2 mm/s,振动指标均小于建筑安全及工作舒适性的幅值控制标准，表明高频激振试验台工作时试验室厂房振动符合要求。     

准高速地铁车-轨-浮置板耦合系统动力特性分析

以满足设计时速160 km的准高速地铁为研究对象,基于刚柔耦合动力学理论,建立地铁车辆多刚体模型和轨道-浮置板柔性体模型,并通过轮轨力算法将其耦合为车-轨-浮置板动力系统。从时域和频域对该系统进行动力响应分析,2个角度对比研究车辆运行速度和轨道结构参数对其振动响应的影响。研究结果表明：地铁车辆悬挂系统和浮置板轨道减振系统可有效抑制轮轨冲击力和振动的传播;时速160 km准高速地铁相较于时速80 km地铁,轮轨振动加速度及轮轨力增加1.5倍左右,车体振动加速度和传递到基底的力虽有小幅增加但变化不明显;减小轨道系统扣件刚度可有效降低地铁运行速度对轮轨垂向力、轮轨高频振动等产生的不利影响;隔振器刚度对传递到基底的作用力影响较为明显,其刚度越大传递到基底的动作用力越大,对车体和钢轨振动响应的影响相对较小。     

地铁车型对钢弹簧浮置板道床振动的影响

为了解不同地铁列车作用下钢弹簧浮置板道床的结构动力响应,分别选取隧道埋深、结构等条件类似的已运营地铁线路进行测试与分析。结果表明:相同列车速度下,A型车作用下钢弹簧浮置板道床的钢轨、道床和隧道壁振动加速度级均大于B型车,对邻近区域和建筑的振动和二次结构噪声影响更大,但在评价城市区域环境振动(人体承受建筑物内振动)时,计权后A型车与B型车Z振级较为接近;在A型车作用下,实测钢弹簧浮置板区段的钢轨、道床在1/3倍频程中心频率80~100 Hz和400~630 Hz存在峰值;隧道壁在1/3倍频程中心频率80~100 Hz和400 Hz附近存在峰值。