温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究.结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为.     

高速列车作用下双块式无砟轨道与路基垂向耦合振动分析

针对双块式无砟轨道和路基的结构特点,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学频域分析模型,模型充分考虑机车车辆、双块式无砟轨道和路基的相互耦合作用。车体、转向架和轮对被视为多刚体系统,一系和二系悬挂用弹簧阻尼元件模拟;双块式无砟轨道和路基系统视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联结。推导双块式无砟轨道和路基系统振动响应的解析表达式,计算得出轨道和路基耦合系统的动柔度特性,结合虚拟激励法提出该模型在轨道随机不平顺激励时动力学响应的求解方法,分析高速列车荷载作用下双块式无砟轨道和路基的随机振动响应及其振动传递特性。研究结果表明:在10～5 000Hz频率范围内,钢轨的动柔度幅值远大于道床与路基的动柔度幅值,而道床动柔度幅值在30Hz以上频段大于路基的动柔度幅值;钢轨振动的能量分布频段较道床和路基要宽,道床和路基振动主要集中于163.9Hz左右频段;对于无砟轨道和路基耦合系统的振动功率,钢轨最大,道床次之,路基最小;道床和路基振动功率在100Hz以上中高频段,衰减比较快,而在100Hz以下低频段,其衰减不明显;在300Hz以上高频段,钢轨-路基间振动衰减较大,其主要原因是受钢轨-道床间振动衰减波动的影响。     

黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的模拟研究

为探究黏弹阻尼道床阻尼厚度对隧道及地表振动衰减特性的影响,为工程设计提供理论支持。利用ANSYS建立土体-隧道-道床平面有限元模型,分析在5～25 Hz频率荷载的作用下,整体道床和黏弹阻尼道床在隧道结构中的振动响应,并分析这两种道床下地表距离隧道中心线不同距离的振动加速度的衰减特性。结果表明:荷载频率小于10 Hz时,在地表距离隧道中心25 m左右,振动有明显的放大区域;荷载频率为10～20 Hz,振动加速度随道床阻尼层厚度降低,阻尼层越厚振动衰减越明显;随着黏弹阻尼道床阻尼层厚度增加,隧道衬砌底部振动加速度有效值依次降低,隧道壁竖直方向振动衰减更加明显,阻尼层每增加2 mm,振级降低1～4 d B。     

时速120 km地铁多种减振轨道结构振动特征分析

为研究时速120 km地铁多种减振轨道结构的振动特征及振动传播规律,对比分析了某时速120 km地铁线路上的DZ-Ⅲ型减振扣件轨道、GJ-Ⅲ型减振扣件轨道、减振垫浮置板轨道在时域和频域内的实测结果。时域分析结果表明:3种轨道结构的浮置板(道床板)振动加速度幅值大致相等,减振垫浮置板轨道处隧道振动加速度幅值比其余2种轨道处小一个数量级,更有效地削减了振动加速度幅值。频域分析结果表明:在20~80 Hz和0~20 Hz频段内,减振垫浮置板轨道的隧道振动加速度级比另外2种轨道小,减振效果更好。除GJ-Ⅲ型减振扣件轨道钢轨与道床板间在0~80 Hz频段内衰减不明显外,振动加速度的传播大致遵循由钢轨到浮置板(道床板),再到隧道逐层衰减的规律。     

桥上无砟轨道橡胶减振垫减振性能试验研究

以成都—都江堰高速铁路工程为背景,通过现场测试试验,研究桥上无砟轨道铺设橡胶减振垫的减振效果.结果表明:铺设橡胶减振垫后,减振垫上钢轨和轨道板的振动略有放大,但影响甚微,而减振垫下底座板、桥梁及地面的振动显著降低,其中底座板的最大振动加速度降低了85％左右;时域内,在距线路中心线0,15和30 m处地面的最大竖向加速度振级均降低了9.5dB左右;频域内,在0～6.3 Hz频段内,橡胶减振垫的减振效果不明显;在8～20 Hz频段内,由于与轨道—桥梁—大地系统本身的自振频率重合,反而放大了地面的振动;在25～100 Hz频段内,减振作用明显,且距线路中心线越远,减振效果越显著,但距线路中心线不同距离处对应最大减振作用的频段和插入损失值不同,0m处最大减振作用出现在31.5 Hz频段,插入损失值为7.8 dB,15和30 m处最大减振作用均出现在40 Hz频段,插入损失值分别为13.6和16.4 dB.可见,橡胶减振垫能够对25 Hz以上频段的振动起减振作用.     

列车荷载作用下轨道箱梁结构TMD减振效果研究

为了解决高架轨道桥梁结构引起的振动及二次结构噪声问题,研究多模态TMD对轨道箱梁结构的减振效果。首先,利用有限元法建立轨道箱梁结构动力分析模型,通过约束模态分析确定其受控模态;然后,基于TMD定点理论及多自由度等价质量识别法,计算箱梁附加TMD的最优设计参数,并利用列车荷载-轨道箱梁-TMD耦合分析模型,研究多模态TMD对轨道箱梁结构低频振动的控制效果。研究结果表明：(1)轨道箱梁结构第2阶模态振动贡献最大,振型贡献率为0.784,其次是第10阶和12阶,可同时作为受控模态进行附加TMD设计;(2)在附加了多模态TMD减振系统后,轨道箱梁结构低频共振能量显著降低,且振动控制效果和质量比大小成正比关系;(3)列车荷载作用下,轨道箱梁结构附加一定质量比组合的多模态TMD后,固有频率附近频段5～10 Hz、20～31.5 Hz的加速度响应幅值显著降低,Z振级最大可减振3.91 dB。     

既有线列车荷载下大悬臂转体桥动力响应研究

研究目的:随着我国“交通强国”战略的进一步推进,交通建设中交叉线路越来越多,转体桥梁的施工形式使用越来越频繁。转体桥梁广泛应用于跨越已有铁路的工程建设中,但目前对于转体桥梁在既有铁路列车荷载下的结构振动空间响应规律和传递机制的研究相对较少。本文以石嘴山特大桥(637号墩、638号墩)为依托,利用振动加速度传感器测试在仅球铰接触且大悬臂状态下,转体桥受普速列车荷载下结构响应数据,对转体桥梁结构的动态加速度响应、动态位移响应及加速度时程信号的振动希尔伯特能量谱进行分析。研究结论:(1)在既有线普速列车荷载下转体桥梁下承台要先于上承台达到竖向加速度峰值点,且其峰值大于上承台;(2)结构加速度幅值在转体桥梁梁体向梁端的传递过程中出现放大现象,且加速度时程曲线会出现“往复式”波动,表明振动波与固有频率发生共振,加速度响应峰值分布曲线在空间上呈“V”形对称分布;(3)桥梁梁端产生的动态竖向位移响应相对较大,梁体各测点的竖向位移响应峰值呈现“W”形对称分布;(4)转体球铰对振动波的中、高频段具有明显的滤波减振作用;(5)振动波在梁端出现了较为明显的驻波效应,且中、高频段的振动波衰减较快,低频段的振动...     

基于FE-SEA混合法的车内结构噪声预测分析

为分析预测高速列车车内结构噪声,本文基于声固耦合理论,结合有限元法(FE)、统计能量分析法(SEA)的优点,采用FE-SEA混合法建立车体-车内声腔耦合车内结构噪声预测模型,分析在垂向二系悬挂力作用下车体结构振动响应、0~500Hz频段车内结构噪声及车体各组成部分对车内结构噪声的贡献度。分析结果表明:混合FE-SEA模型能够准确预测车体结构振动及车内结构噪声,具有较高的计算效率;在垂向二系悬挂力作用下,车内各部位噪声值相差较小,其变化趋势与二系悬挂力变化趋势一致;车体振动在低频段较明显,车体底板振动加速度、速度最大,对车内结构噪声的影响最大,可通过对底板采取减振措施降低车内结构噪声。     

基于FE-SEA混合法箱形梁结构噪声预测分析

利用有限元统计能量法,建立不同频段振动的计算模型,分析交通荷载在2.5～500Hz频段时箱形梁结构振动噪声的频域空间特性,并计算高架箱形桥梁各板单元对远场点声压的贡献量。结果表明:轮轨力作用下,箱形梁振动和结构噪声的最大幅值频率均为50Hz,也是轮轨力最大幅值对应的频率;高架箱形桥梁结构振动响应优势频率集中在31.5～100Hz频段,与轮轨力优势频率范围一致;荷载作用下箱形梁各板单元的振动和声压辐射响应规律大致相同,振动和声压辐射响应由大到小依次为顶板、翼板、腹板;与其他板单元相比,箱形梁顶板的声压贡献量较大,在远场点达到总声压的70%。采用FE-SEA混合法预测箱形梁结构噪声能够保证精度,提高计算效率,并扩展结构噪声研究的频率范围,提高了预测精度。     

车辆动荷载作用下黄土地区浅埋综合管廊动力响应试验研究

近年来,为解决路面反复开挖、架空线网密集等问题,多地规划建设了城市综合管廊并取得一定的成效。由于城市综合管廊常布设于机动车道下方且埋深较浅,为揭示车辆动荷载作用下浅埋综合管廊及周围黄土路基的动力响应规律,设计制作1∶10的缩尺物理模型,采用半正弦波模拟不同强度的车辆动荷载来研究车辆动荷载作用下管廊结构及周围土体的加速度、土压力和应变的动态响应规律。试验结果表明,车辆动荷载作用下浅埋管廊结构的振动响应频率集中在76.62～110.76 Hz(对应原型10.72～15.51 Hz),车辆动荷载频率主要以低频为主。管廊顶板的加速度响应峰值分别是侧壁、底板的9.1和29.9倍(80 kN工况),且随着车辆动荷载强度的提高线性增长。车辆动荷载幅值超过80 kN(8.16 t轴重)后管廊顶与上覆盖土体间的动土压力作用响应显著增强,管廊侧壁与土体接触面上的动态土压力峰值约为顶板部位的39.8%～61.8%,而管廊底板与下部土体的接触压力变化幅度微弱。随着车辆动荷载强度的增大管廊顶板、侧壁的动态应变响应增幅明显,在顶板与侧壁掖角部位出现一定的应力集中现象,并表现出轻微的不对称变形特征,在城市浅埋综合管...     

钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递影响实测分析

根据某地铁曲线地段现场实测数据，对钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递的影响进行分析。结果表明：作为特殊减振轨道结构，钢弹簧浮置板能有效地衰减道床面与隧道壁之间的振动传递，正常工作时加速度级最大衰减量（传递损失）高达44.3 dB；浸水后，在10~200 Hz频段，随着浸水量增加，道床面的加速度级在逐渐减小，隧道壁的加速度级在逐渐增大，道床传递至隧道壁的传递损失值逐渐减小，单侧浸水测试断面传递损失值减小至25~35 dB，两侧浸水测试断面传递损失值则降至10~25 dB；正常浮置板、单侧浸水及两侧浸水测试断面道床面至隧道壁的垂向传递函数值基本范围分别为0~0.01、0.01~0.05和0.04~0.3，依次呈增大趋势。这说明：作为振动传导体，水对10~200Hz频段的振动传递影响显著。     

钢弹簧浮置板浸水对减振效果及振动传递的影响

根据某地铁曲线地段现场实测数据,针对钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递的影响进行分析。结果表明:作为特殊减振轨道结构,钢弹簧浮置板能有效地衰减道床面与隧道壁之间的振动传递,正常工作时加速度级最大衰减量(传递损失)高达44.3 d B;浸水后在10~200 Hz频段,随着浸水量增加,道床面的加速度级逐渐减小,隧道壁的加速度级逐渐增大,道床传递至隧道壁的传递损失值逐渐减小,单侧浸水测试断面传递损失值减小至25~35 d B,两侧浸水测试断面传递损失值则降至10~25 d B;正常浮置板、单侧浸水及两侧浸水测试断面道床面至隧道壁的垂向传递函数值基本范围分别为0~0.01、0.01~0.05和0.04~0.3,依次呈增大趋势。这说明,作为振动传导体,水对10~200 Hz频段的振动传递影响显著。     

自密实混凝土性能劣化对CRTS Ⅲ型板式轨道荷载效应的影响

充填层是CRTS Ⅲ型板式轨道的核心部件,由于板式轨道是典型的“三明治”结构,充填层易受环境的影响而出现性能劣化,从而对轨道结构不利。为探究充填层自密实混凝土性能劣化对板式轨道荷载效应的影响,采用ABAQUS软件并结合已有的充填层混凝土损伤研究结果,建立充填层整体损伤工况和更接近实际使用情况的充填层梯度损伤工况的轨道结构有限元模型,计算轨道结构在不同工况的列车荷载和温度荷载下,轨道板、充填层和底座板的应力与位移变化情况,分析充填层疲劳损伤对轨道结构整体性能的影响。结果表明,充填层混凝土的整体损伤将导致充填层刚度显著下降,在列车和温度荷载下,轨道板和充填层组成的复合板易出现各方向的位移,使轨道结构出现局部磨耗增加和轨道不平顺等现象;充填层受荷时各向应力均大幅减小,轨道板的总体应力上升且易出现应力集中,底座板应力相较于其上部结构受充填层性能变化的影响较小。充填层出现四周梯度损伤时,不同荷载作用下,从损伤区至未损伤区应力和位移表现为连续变化,未出现明显的应力集中和应力突变;不同荷载作用下,轨道结构出现损伤的区域应力明显下降,但未发生损伤的板中部区域应力上升,加速了板中部区域的动载疲劳效应,...     

CRTS-I型板式无砟轨道疲劳寿命研究

为研究无砟轨道在列车荷载和环境温度共同作用下的疲劳特性,以CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道为研究对象,建立弹性地基梁-体模型,计算出列车荷载和温度梯度作用下轨道结构的垂向最大应力,并结合普通混凝土结构S-N曲线的疲劳寿命分析方程和CA砂浆在不同温度时的疲劳方程,预测了CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层在规定服役年限内的疲劳寿命。计算表明,对于有限的作用次数,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道各结构层受到的最大应力均未超过相应的混凝土强度值。根据各结构层最大应力预测出的相应疲劳寿命表明,CA砂浆在25~30年后将出现疲劳损伤,而在规定年限60年内,CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道其他结构层不会出现疲劳损伤,能达到客运专线服役期内的要求。     

交通荷载下叠合式公轨隧道的力学性状研究

为模拟交通荷载,引入并改进三车道元胞自动机得到汽车荷载作用位置的随机动态变化,同时利用汽车动力模型、列车-钢轨-隧道耦合动力学模型得到交通荷载量值随时间的动态变化。首先建立叠合式公轨隧道有限元静力模型并进行分析,随后将交通荷载导入公轨隧道有限元模型中,对公路隧道衬砌的动力响应进行分析,获得衬砌的水平应力时程曲线、最大应力响应值和振动加速度,并获得不同隧道布置形式下最大加速度分布曲线、最大应力分布曲线。为减小公路隧道底板拉应力,对2种隧道之间的垫层布置形式进行了措施优化,最后对垫层与动力响应的关系进行研究。研究结果表明：静力条件时铁路隧道造成公路隧道下部刚度差异,不同铁路隧道布置形式会分别加剧或减小公路隧道底板拉应力;动力条件时动力响应值在2种交通荷载共同作用时达到最大值,其中最大拉应力为2.77 MPa,与静力分析相比增加了7.36%,且公路隧道最大振动加速度由列车荷载控制;不同的铁路隧道布置形式下公路隧道的最大振动加速度和拉应力大小及发生位置有所不同,铁路隧道分开、合并布置时,最大振动加速度分别出现在两侧隧洞跨中和公路隧道中墙处,前者最大拉应力值约为后者的1.5倍,且其最大拉应力出现...     

CRTSⅢ型板式无砟轨道结构缝对路基应力分布特征影响

无砟轨道结构缝位置的路基面动应力存在集中效应，是产生底座/支承层-路基离缝，进而引发路基翻浆的重要因素。针对CRTSⅢ型板式无砟轨道结构特点及层间接触条件，建立设有混凝土结构缝的轨道-路基空间有限元模型，分析转向架双轴荷载作用于无砟轨道结构连续、轨道板缝、底座缝三种位置下路基面列车荷载分布特征，结合现场实测数据，提出考虑结构缝影响的路基面简化荷载模式。研究表明：路基面列车荷载纵向分布范围与混凝土层间接触条件相关，随摩擦系数增加呈非线性增大趋势，实测摩擦系数对应的纵向计算长度与测试值吻合；结构缝对路基面列车荷载沿纵向分布形态有显著影响，转向架双轴荷载作用于底座结构缝正上方为最不利位置，路基面应力分布模式由连续结构位置的梯形转化为应力较为集中的三角形；底座缝断面的基床应力大于结构连续位置，应力增幅由路基面的33%随深度逐渐衰减至基床底面的8%。     

公路飞机跑道沥青道面综合评价方法研究

随着公路飞机跑道(以下简称公路跑道)建设的发展和沥青道面的广泛应用,在汽车、飞机等荷载长期作用下道面使用性能评价方法是一个重要的现实问题。为能够客观准确评价公路跑道沥青道面的使用性能,使其在保证汽车正常通行的情况下,又能满足飞机起飞、降落和滑行的要求,以层次分析法、灰色系统理论和模糊集合理论为基础,提出一种公路跑道沥青道面综合评价方法(以下称AGF法,以3种评价方法的首字母命名)。利用层次分析法构建评价指标体系,通过构造判断矩阵并进行一致性检验综合确定各评价指标的权重;采用灰色关联分析法计算各评价指标的灰色评估权值;基于模糊计算理论给出具体评价结果。为推广和便于使用,采用MATLAB语言编制AGF法运算软件。用AGF法对国内四条公路跑道进行评价,其结果与道面实际状况基本一致,表明该方法可以将沥青道面评价过程中灰色、模糊、难以定量的因素从定性转化为定量,能够最大程度的保证评价结果的科学性和准确性,是一种快速有效的方法,为战时启用公路跑道提供了参考依据。     

基于小波包能量谱的地铁隧道健康监测预警

基于小波包变换对环境激励下的加速度响应信号进行分析,根据加速度响应信号的能量谱提出两种健康监测的预警指标,并采取统计小波包能量谱来研究小波包能量分布的收敛性,以确定损伤识别预警的基准阈值。以武汉地铁3号线王宗区间隧道运营阶段为背景,考虑到隧道内复杂环境引起的随机噪声对加速度响应信号损伤识别敏感性具有一定影响,提出一种基于小波包变换的多阈值去噪法,基本原理即对每个小波包分解系数选取合适的阈值准则并进行降噪处理。实际工程表明:10-1Hz以下加速度响应信号的信息均得到保存,在剔除噪声的同时有效保护各频段的有用信息,可用于实际工程信号降噪过程中;随着数据段数n的增加,预警指标能量改变偏差ED与能量变化方差EV趋于稳定,可以有效判断结构损伤的全过程变化,表明通过收敛值得到的预警阈值在实际应用中具有可行性。     

列车荷载作用下地铁区间双层隧道模型试验研究

列车振动对双层隧道和近距离交叠隧道影响较大。以某地铁区间隧道为研究对象,对一单洞双层地铁区间隧道进行列车振动模型试验,选择合适的试验材料,确定隧道衬砌模型和地层材料参数。依照列车动荷载激振力公式,设计列车振动模型装置,解决动力响应模型试验中动荷载加载的问题。在进行静荷载作用下模型试验的基础上,完成双层隧道列车振动模型试验。测试、分析上行动载、下行动载和上下交会动载3种工况隧道结构的受力状态。研究表明:相对于动荷载,静荷载对结构应力状态影响更大,但在个别部位动荷载影响较大。在上下交会动载作用下,衬砌结构个别位置出现应力集中情况;加速度随着离振源距离加大而明显衰减;在一些测点的试验值与数值模拟结果基本吻合。     

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。