地铁隧道下的波阻块对减少建筑物振动的数值分析

在地铁隧道附近,对于环境振动要求较高的特殊建筑物和精密仪器,地铁列车通过时引起的环境振动影响不容忽视。基于动力反应分析理论,通过建立有限元模型,模拟分析了某地铁开通后将对附近建筑可能造成的振动影响,同时对波阻块的减振性能进行了分析。分析结果表明,在地铁列车运行引起的建筑物环境振动中,竖向振动在幅值上与水平振动相当,10 Hz以上的振动是环境振动隔振减振的主要对象。波阻块具有良好的减振效果,其减振效果随波阻块厚度的增大而增大。     

基于隔振垫超弹性本构模型的橡胶浮置板轨道动力仿真

以地铁橡胶浮置板轨道为研究对象，基于隔振垫超弹性本构建立地铁车辆-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力分析模型，计算橡胶浮置板轨道的动力响应及减振效果。结果表明：隔振垫超弹性本构模型计算的轨道结构及隧道壁动力响应均更接近实测数据；不同隔振垫刚度工况下，超弹性本构模型计算得到的轨道结构位移均小于线弹性本构模型，钢轨和轨道板位移峰值分别相差10%和40%左右；超弹性本构模型计算得到的轨道板加速度峰值较小而基底加速度峰值较大，且随隔振垫刚度增加，2种模型计算的轨道板振动差异减小、基底振动差异显著增大，常用隔振垫静刚度范围（0.019～0.100 N·mm-3）内超弹性本构模型与线弹性本构模型计算的基底加速度峰值之比最大为2.46，而采用线弹性本构模型将低估橡胶浮置板轨道基底振动；超弹性本构模型计算得到的轨道板振动及基底高频振动较小，而基底低频振动较大，传递损失小，而采用线弹性本构模型将高估地铁振动特征频段（50～80 Hz）的减振作用，放大轨道固有频率附近（16～31.5 Hz）振动。     

减振沟技术在地铁车辆段上盖开发中的研究及设计应用

目前我国很多城市地铁车辆段规划了物业开发,为了将减振技术与车辆段设计有效结合起来。以带上盖物业的车辆段为研究对象,系统地研究此类结构的振动机理,基于国内外研究成果,从传播路径隔振着手,利用有限元建立振动传播规律数值分析模型,并对空沟和填充沟减振技术分别从宽度、深度、设置位置进行模拟分析。研究结果表明,空沟和填充沟单独使用时减振效果不明显,基于此提出空沟和刚性填充沟合设而成的组合屏障减振沟模式,模拟验证表明,该模式能够有效降低结构振动5～7 d B,但减振沟模式不能完全消除振动带来的影响,必须综合考虑其他减振措施。上述研究成果已结合车辆段功能需求应用到工程设计中去,通过运营后实际检验,减振效果显著。     

空沟对列车运行产生的环境振动隔振效果研究

在分析瑞利波在空沟转角处的反射、透射以及沿空沟传播的基础上,得到瑞利波衰减与空沟参数的关系,进而推导出空沟外侧任意点土体振动响应的计算公式。采用该公式和仿真分析研究空沟对列车引起环境振动的影响。结果表明:随着空沟深度的增加,空沟的隔振效果也越明显;空沟对高频(11~40 Hz)振动的隔振效果较低频(1~10Hz)振动明显;空沟隔振效果与瑞利波波长有关,空沟沟深大于瑞利波长时,隔振效果较好;空沟宽度及空沟距振源的距离对列车产生的环境振动隔振效果均不明显;推导公式计算结果与数值分析结果基本一致,验证了推导公式的正确性。     

填料性质对砂土填充沟隔振效果的影响试验研究

为了研究砂土填充沟对高速列车产生的振动波能的隔振效果,通过室内砂土填充沟隔振模型试验,分析了砂土粒径、含水率及密度对砂土填充沟隔振效果的影响。结果表明:在本文试验条件下,在近场主动隔振中砂土填充沟具有明显的隔振效果,降振幅度最大达80.20%;对于中低频振动,填充沟边缘处的隔振效果极为显著,距沟边缘越远隔振效果越弱;填充砂粒径的变化对隔振效果的影响并不显著;填料不宜选用级配优良的砂土;对于中低频振动砂土含水率越大隔振效果越明显,而高频振动不受砂土含水率的影响;填充砂密度与周围土体密度差的越大,砂土填充沟隔振效果越显著。     

不同时速下地铁多种轨道结构现场测试与分析

近年来地铁振动污染问题日益突出,地铁中亦采用多种减振轨道结构型式用于减振。为详细评价各种减振轨道结构的减振效果,以地铁动力测试为依托,在频域内分析4种轨道结构各测试断面在不同时速下的振动特征。结果表明:对于长枕埋入式整体道床轨道而言,行车速度的增加对钢轨、道床、隧道竖向加速度低频范围内的影响较大,而在中高频影响较小。对于GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道,随着行车速度的增加,GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道减振效果下降较明显。同时随着行车速度的提高,橡胶隔振垫浮置板轨道仅对浮置板和隧道减振效果较稳定,而钢弹簧浮置板轨道对钢轨、浮置板及隧道减振效果都很稳定。     

地铁列车引起的低频地表响应及减振措施研究

以北京某地铁标段减振措施研究为背景,研究地铁运营期间,列车振动荷载产生的低频地表响应的传播衰减规律及相应减振措施的效果,采用、Ansys软件进行有限元建模,利用改进的Newmark隐式时间积分法,针对5种减振工况,进行动力响应求解分析表明,与常规浮置板相比,新型的铜弹簧浮置板轨道结构对4Hz以上的低频振动在50m以内有明显减振效果．但50m以外效果不明显,且单纯加重浮置板重量对低频减振贡献不显著;同时辅助施作衬砌间的橡胶板垫层低频减振效果不明显.     

4种地铁减振轨道轮轨动态相互作用对比分析

为了研究地铁曲线段不同减振轨道的轮轨动态相互作用,通过现场实测数据对比分析了橡胶隔振垫道床轨道、钢弹簧浮置板道床轨道、梯形轨枕轨道、单趾弹条扣件轨道4种减振轨道结构的轮轨力、钢轨动态位移,以及对应断面处隧道壁的垂向振动加速度。分析结果表明:单趾弹条扣件轨道振动相对较大,钢弹簧浮置板道床振动相对较小;4种减振轨道对应的轮轨垂向力、横向力、脱轨系数均满足列车安全运营要求;钢弹簧浮置板道床轨道的钢轨动态位移平均值较大,但小于安全限值。     

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。     

地铁隧道内钢弹簧浮置板轨道的减振效果实测分析

为了研究地铁隧道内浮置板轨道的实际减振效果,以我国某地铁线路的隧道段为研究对象,测试了普通道床轨道、重量级和中量级浮置板轨道产生的振动响应,分别在时域和频域内对各种轨道的振动特性进行对比分析,并采用Z振级进行综合评价,结果表明:轨道板和隧道壁的主要响应频段在80 Hz附近;重量级和中量级钢弹簧浮置板道床振动响应有5.3 dB的差异;各减振断面的隧道壁振动均满足相关规范的要求。     

基于地铁列车运行引起的振动预测模型的浮置板轨道减振效果研究

针对地铁列车运行引起的隧道及土层振动响应问题提出数值预测模型。该模型根据移动荷载作用下动力响应解,将地铁列车运行引起的振动问题归结为计算频率-波数域内传递函数和频域内移动轴荷载问题。传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合模型计算,移动轴荷载主要考虑为频域内轨道不平顺激励下轮轨接触力。利用上述模型计算北京地铁4号线北京大学东门站北侧区间地铁列车运行引起的振动响应,并结合现场振动实测数据探讨该区间浮置板轨道减振效果。结果表明:模型具有良好适用性,可应用于地铁列车运行引起的振动预测;浮置板轨道是一种有效减振措施,在其工作频段内有明显减振效果,但在低频,浮置板轨道不能起到减振作用。     

深圳地铁轨道减振性能测试与分析

为了掌握深圳地铁列车在不同轨道结构上运行时的相关振动性能,对深圳地铁1号、2号线试车线列车运行时引起的地面振动进行在线实测,并对相应测试数据进行时域和频域分析,比较有砟轨道和铺设有橡胶隔振垫的轨道轨枕处及地面的振级。结果表明:列车在铺设有橡胶隔振垫的轨道上运行时,引起的地面振动有明显的减小,轨枕处的减振效果为4.05 dB,距轨道中心线6.0 m处地面的减振效果为6.08 dB,距轨道中心线7.5 m处地面的减振效果为8.70 dB,橡胶隔振垫减振效果明显,采用橡胶隔振垫是一项有效的地铁减振措施。     

梯形轨道减振性能研究

结合北京交通大学地下轨道实验室的减振实验,从理论推导与实验结果分析两个方面来研究梯形轨道的动力响应特性及减振性能。实验结果表明梯形轨道具有良好的减振性能。对28 Hz以上频段引起的振动,减振效果可以达到40多dB,可用于振动敏感区域的地铁隧道减振。为梯形轨道能够应用于地铁隧道减振提供了一定的理论支持。     

更换减振扣件前后地铁运营引起地面振动的研究

选择北京地铁5号线宋家庄—刘家窑区段,在更换减振扣件前后2次测试地铁正常运营引起的地面水平及垂向振动加速度,对其进行频谱分析;建立轨道—隧道—土层的三维有限元模型,利用实测数据,研究垂直于地铁线路方向不同距离的振动加速度响应规律。结果表明:地铁线路位于曲线段时,地面水平与垂向振动加速度峰值和有效值基本相等;在安装DTⅥ2扣件的轨道地段,地铁列车运营引起的地面主要振动频率为40～80 Hz,在安装Vanguard扣件的轨道地段为20～40 Hz,说明Vanguard扣件有较突出的减振效果;随着距地铁隧道中心线距离的增加,地面振动加速度响应表现出衰减的趋势,在离开隧道轴线一定距离处,存在地面振动加速度放大区,水平和垂向振动加速度放大区的位置有所不同。     

120 km/h地铁多种减振轨道结构现场测试与分析

为分析隧道内各种减振措施在地铁列车行车速度为120 km/h时的减振效果,以地铁现场测试为依托,在时域和频域内分析3种轨道结构各测试断面在行车速度为120 km/h下的振动特性。结果表明:DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道在各频段内对振动的衰减均有一定效果,隧道壁在低频范围内减振效果较好。梯形轨枕轨道结构轨枕至隧道壁间的振动衰减非常明显,约为50 dB。钢弹簧浮置板对振动的衰减主要在钢轨与浮置板之间完成,为50~80 dB。梯形轨枕轨道和钢弹簧浮置板轨道隧道壁主要响应频段内相对于DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道减振效果分别为22 dB和38 dB。     

地铁线路曲线段减振垫轨道板行车安全及减振性能研究

为了研究列车通过隧道曲线段时减振垫道床的行车安全性及减振性能,以某地铁线路为研究对象,建立了车辆-轨道-隧道刚柔耦合模型,以模拟不同工况下隧道及列车的振动响应。结果表明：各种工况下车辆的平稳性及行车安全性均满足《高速铁路工程动态验收技术规范》的要求。在小半径曲线(R=600 m)隧道内分别铺设USM2020与USM1000W两种型号的减振垫,其轨道板道床均具有较好的减振性能,减振效果均超过了10 dB。对于采用了同一型号的减振垫,随着列车运行速度的增大,其减振效果更为明显。     

聚氨酯减振垫与橡胶减振垫浮置板轨道振动控制效果分析

为了研究两种不同材料减振垫浮置板轨道的减振效果,以深圳某新建地铁线路隧道段为研究对象,测试了60 km/h的速度下聚氨酯减振垫轨道、橡胶减振垫轨道和普通道床轨道的振动响应,通过引入铅锤Z振级进行综合评价,分别在时域和频域内对两种减振垫轨道、普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明:(1)两种减振垫浮置板轨道结构均在10 Hz左右发生共振;(2)两种材料减振垫轨道在40 Hz范围内都没有减振效果;(3)聚氨酯减振垫相比橡胶减振垫减振效果更好,且减振频域更宽。     

地铁列车运行时引起的隧道内振动荷载研究

地铁环境振动研究首先需要确定隧道内的振动荷载。针对以往采用的解析计算模型确定地铁振动荷载时对列车、轨道、地基各子模型的影响研究不够,基于车辆-轨道-隧道-地基模型对此进行详细分析。研究结果表明:不考虑轨道不平顺时,列车可以直接简化为移动点荷载,考虑轨道不平顺时,不同列车模型确定的地铁振动荷载差别不大,但轮轨力存在一定差异,列车最好采用整车模型。整体式轨道的地铁振动荷载最大,有砟轨道次之,浮置板轨道最小。浮置板可以有效减少地铁振动荷载的幅值和频率,但随着浮置板长度增加振动荷载趋于恒定。地基模型对地铁振动荷载影响很小,地基可直接简化为Winkler模型。对计算模型中不同子模型的影响进行分析,可为地铁振动荷载的确定提供一定的参考。     

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。     

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。