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。     

曲线地段地铁诱发的大地振动规律探讨

以南昌地铁1号线的某标段工程为研究背景,建立曲线地段的轨道—隧道—大地三维有限元模型,同时考虑竖向和水平向轮轨作用力的影响,计算得到了地铁列车通过曲线时诱发的环境振动。计算结果表明:当曲线的半径一定时,地铁在曲线地段运行引起的钢轨、隧道壁和地面振动响应均与列车行驶速度密切相关;曲线地段地面水平向振动加速度级要大于竖向,平均高出5 d B;水平向和竖向振动加速度级均表现出随着与隧道中心线间距离的增加而呈波动性衰减特性,频率越高振动加速度级衰减的速度越快;环境振动在衰减过程中都会出现放大区,竖向和水平向的振动放大区出现的位置有所不同,但振动放大区的主频差别不大。     

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。     

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。     

地铁隧道不同轨道结构形式对建筑物减振的仿真分析

建立隧道-土层-某建筑物的二维有限元模型,分别施加整体道床和钢弹簧浮置板道床区段的实测边墙竖向加速度,计算出不同轨道结构形式下建筑物的振动响应.计算结果表明,埋深相同时钢弹簧浮置板道床相对于整体道床可使邻近建筑物竖向振动加速度减小约80%;采用整体道床时邻近建筑的竖向振动加速度随隧道埋深增大迅速减小,而采用钢弹簧浮置板道床时建筑竖向振动加速度随埋深增大减小缓慢.     

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。     

地铁列车运行引起的环境振动三维数值分析

采用移动荷载模拟地铁列车运行,利用ANSYS建立轨下基础-隧道-大地三维有限元模型进行分析.分析表明,大地振动最强的区域在离振源最近的轨道下方处;隧道越深,地面振动越小;随着列车速度的增大,地面振动随之增大;荷载频率越高,地面振动加速度衰减越快.应重点考虑低频段荷载对地面的影响.     

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。     

土质路基上板式无砟轨道结构的动力学性能仿真研究

依据系统工程理论的思想,基于车辆—轨道耦合动力学理论和有限元理论,建立机车车辆和板式无砟轨道结构的力学模型,采用ABAQUS软件实现滚动接触过程的轮轨接触的模拟,对铁路客运专线土质路基板式无砟轨道结构在高速行车条件下的动力学性能进行仿真分析研究。结果表明：板式无砟轨道结构的平顺性很好;动车组轮轨垂向力、轮重减载率、轮轨垂向力动载系数和各轮脱轨系数的最大值及其离散性均随着列车速度的提高而增大,整个动车组所有车轮的轮轨横向力最大值以及各轴的轮轴横向力均远小于安全控制值;板式无砟轨道结构各部分的振动加速度和主要振动频带范围随着列车速度的增大而增大;板式无砟轨道结构的振动衰减情况良好。     

地铁运营对古建筑物振动响应影响分析

以南昌地铁1号线诱发的环境振动对"八一起义纪念馆"影响为工程背景,运用傅里叶变换法和有限元软件ANSYS,分别建立列车-轨道结构双层梁模型和大地-建筑物有限元模型。以水平速度为评价指标,仿真分析轮轨竖向力作用以及竖向力和横向力共同作用对古建筑物的振动影响。计算结果表明,地铁引起的建筑物振动为低频振动;随着楼层的增加,建筑物水平振动逐渐增大;横向力对建筑物的振动能量分布没有影响,对水平振动有一定的影响,其中对x方向影响较大;该建筑物振动没有超过标准。     

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。     

交叠线路地铁列车引起的环境振动分析

南昌地铁1、2号线交汇于八一广场,形成上下交叠地铁线路。由于交叠线路的列车同时运行的组合情况较多且引起的环境振动比单线大,因此有必要在交叠线路设计阶段对具体工程进行环境振动分析。通过建立包含4孔交叠隧道的轨道-隧道-大地三维有限元模型,分析列车荷载作用下大地的振动响应。研究结果表明:环境振动主要受埋深较浅的2号线影响;对2号线采取减振措施最为经济合理;交叠地铁线路列车同时运行时地面会出现多处振动加强区,均出现在线路交汇处和距线路中心40 m处附近。     

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。     

地下线路浮置板轨道减振特性仿真分析

为了分析地下线路采用浮置板轨道的减振效果,建立了车辆—轨道—隧道—土层—建筑物的三维有限元模型,分别计算了采用普通整体道床轨道和浮置板轨道两种工况下建筑物的三向振动加速度。结果表明:列车运行引起的建筑物振动,以垂直于线路方向的横向振动为主,其次为垂向振动,平行于线路方向的纵向振动最小;采用浮置板轨道后,楼柱节点的横向、纵向加速度振级明显减小,且随着距地面高度的增高,降幅基本一致,约为11 dB;采用普通整体道床轨道和浮置板轨道时,楼板垂向振动规律基本一致,即随着楼层的增加,楼板垂向振动呈现先减小后增大的趋势,但是相差较小。     

轨道不平顺分析程序

轨道不平顺是引起车体振动加速度、轮轨作用力和轮轨噪声增大的主要因素之一。车体振动加速度的大小与轨道不平顺具有密切的关系。随着列车速度的提高,对车辆振动影响的轨道不平顺不利波长也随之增长。轮轨噪声中的滚动噪声与轨面短波连续不平顺具有密切关系。轨道不平顺分析程序对轨检车测得的轨道不平顺数据进行处理,得到功率谱密度分布函数。利用此分布函数分析轨道不平顺在各波长的分布;根据测得的车体振动加速度,对轨道不平顺与车体振动加速度进行相干分析,确定引起车辆振动加速度增大的不利波长,以便有针对性地对这些波长的轨道不平顺作重点养护。     

地铁列车运行振动对环境影响因素的参数分析

采用4因素3水平正交设计的试验方法,基于解析的车轨耦合模型的动力学方法计算列车荷载,并建立三维动力有限元数值模型,讨论了不同影响因素(轨面埋深、扣件型式、行车速度、隧道型式)对地表振动影响的显著性程度,并分析地表响应特性及振动传播规律。结果表明:垂向振动是主要动力响应,且存在着传播较远的长周期含量,是低频振动的重要贡献;正交试验参数影响的显著性程度上,轨面埋深和扣件型式最显著,其次为行车速度和隧道型式,因此应在埋深因素影响阈值范围内尽量选择深埋,并选择合理的扣件以减少振动;地表振动随距离的增加逐渐衰减,30 Hz以上的频率分量振动衰减梯度较高,反映出土层的阻尼和滤波作用,衰减曲线并非单调递减,有一定起伏。     

类矩形盾构隧道与圆形盾构隧道振动特性对比分析

以宁波地铁3号线一期工程采用的类矩形盾构隧道为研究背景,分别建立类矩形盾构隧道和圆形隧道有限元模型,并对两种隧道结构的振动特性作了对比分析。研究结果表明:与圆形盾构管片相比,类矩形盾构管片自振频率更高,对控制管片结构与轮轨振动的共振更为有利;无论是道床中心、隧道壁还是线路正上方的地面位置,类矩形盾构隧道的振动水平均要小于圆形盾构隧道;当振动由隧道壁向地面传递时,圆形盾构隧道的振动衰减得更快;考虑地铁设计选线因素,在地面建筑敏感点位置,类矩形盾构隧道可以减少Z振级3～6 dB。类矩形盾构隧道在自身结构和线路规划等方面对地铁振动的控制均具有优势。     

轨道随机不平顺对地铁振动源强时-频特性影响的仿真研究

目的：为了探究轨道的多种随机不平顺(高低、水平、轨距和轨向)在不同列车速度下对地铁隧道壁垂向振动加速度和轮轨力的影响，以提升行车品质，特进行本研究。方法：以地铁A型车为例，运用动力学分析软件建立考虑柔性轮对的车辆刚柔耦合系统动力学模型。将轨道和轮对视为柔性体，其余部件视为刚体，通过施加多种随机不平顺和改变车辆速度并考虑波磨来模拟不同工况，进行仿真计算。同时采用快速傅里叶变换方法对仿真计算结果进行时域和频域分析，研究隧道壁和轮轨力的振动特性。结果及结论：研究结果表明：随着车辆运行速度的增大，隧道壁垂向振动加速度的峰值有所提高，优势频率分布范围会有稍许扩大，高频成分增多；车轮间相互作用加剧，垂向轮轨力有所增大；隧道壁在4～200 Hz范围内的振动主频为63 Hz,不随速度变化而变化，但加速度级峰值会有所增大。     

重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好,有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击,是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨,其保持轨道几何状态,尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算,结合室内相关试验结果,研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时,增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度,轨距扩大不断减小,但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角,对支承块的几何状态影响不大,而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大,对钢轨转角的影响较小。     

2万t重载列车制动与起动条件下轮轨动力特性试验研究

为探明长编组、大轴重运输条件下车辆和轨道的动力相互作用问题,基于现场试验方法,研究了2万t重载列车制动与起动条件下的轮轨动力特性,初步掌握了大轴重重载列车制动与起动条件下轮轨作用力、轨道结构位移和振动加速度的响应特征和变化规律,揭示了重载列车制动与起动状态对轮轨性能影响的差异。研究结果表明:列车制动对轮轨垂向力和轨道结构振动加速度的影响较大,其影响随制动时间的增加而逐渐减小;列车起动过程中轮轨垂向力和轨道结构振动加速度随起动时间的增加而增大;列车制动和起动对轮轨横向力及轨道结构位移的影响不大;由于列车制动加速度大于起动加速度,列车制动时的轮轨作用力、轨道结构位移和振动加速度均比起动时要大。