高速列车作用下季节性冻土区桥墩及周围场地的动力响应

为了研究在列车荷载作用下季节性冻土区桥墩和周围不同场地的振动特性,选取哈大高速铁路沿线桥墩及周围场地进行现场振动测试,利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)法和相关性分析方法对测试数据进行了滤波处理,并从时域和频域对振动信号进行分析。建立桥墩-桩基-周围场地有限元模型分析了桥墩右侧堆积填土的弹性模量和几何参数变化对振动传播的影响。研究结果表明:在列车荷载作用下桥墩与周围场地的振动特性明显不同,场地对振动有放大作用;桥墩和周围场地的振动频率集中在10～80 Hz,主频在35 Hz左右,这与列车轴重作用的频率一致;桥墩右侧堆积填土使其两侧的振动传播特性不同,堆积填土侧的振动加速度峰值大于未填土侧,堆积填土的弹性模量和几何参数变化使得地面不同位置的振动强度明显不同。     

宝兰客运专线路堤段影响车致地面振动的土体参数敏感度分析及反演

采用敏感度分析与数值模拟相结合的方法,对影响高速列车引起地面振动的土体参数敏感度进行分析及参数反演。以宝兰客运专线榆中站附近一段路堤的地面垂向振动现场试验为依托,建立车辆-轨道-路基-地基数值模型与神经网络。以土体参数样本集为输入源,各测点地面垂向振动加速度有效值作为输出,基于敏感度理论计算各测点处的参数敏感度。结果表明:影响地面振动的土体参数敏感度顺序为弹性模量>阻尼系数>泊松比>密度>内摩擦角>黏聚力;阻尼系数敏感度随距中心线距离增大呈上升趋势,其余参数随距离增大变化不大;基于敏感度分析结果,选取相关参数作为待反演参数,将现场实测的各测点垂向振动加速度有效值输入神经网络,反演得出的各参数值与现场实际参数值相对误差均小于5%,在工程可接受的范围之内,证明了神经网络反演方法的可行性。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基动力响应现场试验研究

为研究运营多年后高速铁路无砟轨道路基振动特性，对沪宁城际高铁路基段进行了现场实车测试。结果表明：板端位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向快速衰减，呈指数趋势；板中位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向平缓衰减，呈大致线性趋势。路基面和路肩处振动加速度值在板端、板中位置均较为接近；板端特殊位置主要对轨道板和底座板的振动响应有放大效应，且列车速度对板端振动加速度的放大效应最为显著。无砟轨道路基结构中轨道板、底座板振动位移随列车运营速度的变化大致呈线性关系，而路基封闭层和路肩位置振动位移随车速提高变化趋势不明显，与京津、武广、郑西等高铁路基内侧所测动位移分布规律一致。     

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。     

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。     

扣件刚度对轨道及饱和地基振动响应的影响

研究目的:修建于我国沿海软土地区的铁路受地基特性的影响在列车高速运行时会产生较大振动,控制列车运行引起的轨道系统及地基振动响应能够有效提高列车的平稳性、舒适性,并减少对周边环境的影响。本文采用轨道系统-饱和地基耦合模型研究饱和地基上轨道系统的振动特性,探讨扣件刚度的选取对轨道振动响应的影响。研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移和加速度响应均有明显影响;(2)增大扣件刚度能够有效减少钢轨的位移响应;(3)增大扣件刚度能够降低低速列车的钢轨加速度响应,但高速列车引起的钢轨加速度响应随扣件刚度的增大有所增加;(4)本研究结论可为认识交通活动中振动现象的本质、解决饱和软土地区列车和环境振动问题、优化轨道系统设计和施工提供理论指导。     

紧邻铁路暗挖地铁隧道动力响应实测与数值分析

铁路下伏隧道时,其动力响应异于无隧道的情况。以深圳地铁5号线紧邻平南铁路深民区间隧道为依托,采用加速度传感器对列车荷载在隧道初支上引起的加速度进行测试,并通过弹塑性动力有限差分法对列车荷载与隧道组成的系统进行动力响应分析。研究结果表明:列车速度为40～60 km/h,紧邻铁路隧道拱肩振动加速度峰值为0.06～0.10 m/s2,较地表路肩处竖向加速度峰值衰减90%～96%;对比有无下伏隧道工况,下伏隧道使列车荷载在表层土中激发的振动减小,而在隧道周边围岩中的振动增大,延缓列车动载在地层中衰减;隧道初支内力受列车动载影响,弯矩约增大1.4%。     

缓和曲线段地铁运行引起地表振动的实测结果及其传播规律分析

对上海轨道交通9号线某区间缓和曲线段地铁运行引起的地表振动进行了现场测试,并对实测的地表振动加速度进行了时域、频域及1/3倍频程分析。结果表明:在缓和曲线段,地铁列车行驶引起的地表横向加速度有效值是竖向加速度有效值的0.9~3.1倍;地表加速度频率分布在30~120 Hz,其中最显著的频率为30~50 Hz;加速度振级随着与隧道中心线水平距离的增加呈减小趋势,且在距离隧道中心线5 m、30 m时出现放大区;地表土体振动加速度幅值、频谱峰值随着地铁列车速度增大基本呈增大趋势。     

列车荷载作用下板式轨道与饱和地基动力分析

研究目的:近年来随着我国大量高速铁路的建成及投入运营,列车高速运行对周边环境振动的影响日益显著。且在沿海地区,高速铁路干线修建在饱和软土地基上,饱和软土地基具有剪切波速低、含水量高等特性,高速列车会在饱和软土地基上引起较大的振动响应。因此,本文采用板式轨道-饱和地基耦合振动模型研究了高速列车荷载作用下轨道和饱和土体的振动响应问题,为有效解决高速列车引起的环境振动问题、优化高速铁路路基设计提供理论指导。研究结论:数值分析结果表明,采用多孔饱和介质模拟饱和土地基能够更准确地分析高速列车引起的振动响应,增大轨道刚度可有效控制钢轨位移响应,且在路基设计过程中合理控制基床厚度可减小土体中液相介质的存在对土体动力响应的影响。     

沪宁城际铁路振动对周围环境及邻近铁路地基沉降的影响研究

本文对沪宁城际高速铁路列车运行引起的周围环境振动特性和振动传播规律,以及振动对京沪铁路地基沉降的影响进行研究。通过建立数值模型,分析桩网结构地基加固方式和土质条件对振动的影响,并对振动引起的京沪铁路地基土体累积变形进行了预测。结果表明:采用桩网结构进行地基加固后,地面振动减弱,且距离地基加固区越近,减振效果越明显,距线路中心线10m处地面振动加速度峰值下降约33.8%;土质条件对振动传播有较明显的影响,软土条件下,振动衰减较快,近场地面处的振动较大,应重点关注振动对行车安全的影响;较硬土质条件下,振动衰减较慢,应重点关注振动对周围环境的影响;当地基表层和底层土体硬度较大,且中间夹有软土层时,振动衰减速度缓慢,应注意振动的影响范围。两线路基坡脚间距为20m时,在沪宁城际铁路当前轨道平顺性和平顺性恶化条件下,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量分别增加3.44%和7.07%;坡脚间距为5m时,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量增加18.36%,这反映出轨道平顺性和线间距(沪宁城际与京沪铁路间距离)对列车荷载循环作用下的地基土体累积变形影响较小。     

高速铁路路基-地基系统振动响应分析

推导了有砟轨道-路基-地基系统在轮轨接触点处的柔度矩阵,建立了考虑轨道不平顺的车辆-有砟轨道-路基-层状地基垂向耦合振动解析模型。通过算例分析了单台TGV高速动车引起的路堤本体-地基系统振动,得到路堤本体表面的垂向位移,研究了列车速度、轨道不平顺、基床刚度和路堤土体刚度对路堤本体振动的影响。研究结果表明:路堤本体垂向位移主要由移动列车轴荷载引起;随着列车速度的提高,路堤振动的"波动性"明显增加;基床刚度和路堤土体刚度对路堤振动影响显著,可通过增大基床和路堤土体刚度来减小高速列车引起的路基振动。     

地铁列车作用下软黏土的动力响应试验研究

土体动力特性的研究对地铁列车荷载作用下软黏土地基变形的控制具有重要意义,通过对广州地铁饱和软黏土进行动三轴试验,研究土体的动强度、动应力-动应变关系和动模量特性。结果表明:(1)在循环荷载作用下,该软黏土的动强度低于45 kPa;稳定型和破坏型的ε_d-N曲线变化规律不一致;(2)在同一动应力幅值作用下,当动应变低于动应变极限值时,频率对动骨干曲线的影响较小;(3)其他条件相同时,在振动中期,频率对动弹性模量的影响较小;在振动后期,动弹性模量的衰减程度随频率的增大而增大;土体动弹性模量随动应力幅值的增大而增大;(4)最后通过Hardin-Drnevich模型验证本文基于实验数据得到的新的归一化的试验参数是合理的,且新模型参数可为该地区同类地铁工程的软黏土动力特性研究提供参考。     

列车引起的环境振动及对邻近深基坑影响试验分析

为研究基坑开挖中列车荷载的影响,通过试验测试了列车荷载引起的环境振动,并分析了列车荷载作用对开挖基坑的影响.试验结果表明:列车荷载引起的场地响应随远离铁路而逐渐减小,在一定范围内,响应峰值衰减很快;在距铁路轨道10.2 m的位置处,加速度峰值有短暂的突升;竖向加速度的衰减速度明显大于水平向加速度,在振源附近竖向加速度大于水平向,但远离轨道一定距离后,竖向加速度小于水平向加速度;轨道处的竖向位移小于水平向位移,但在远离轨道的一定范围内竖向位移峰值大于水平向位移,到靠近基坑位置水平位移再次大于竖向位移;从试验及监测结果看,短时间内列车荷载对临近基坑的影响很小,由于基坑暴露的时间较短,可以不作为主要的风险源.     

高铁荷载下桩-土复合地基振动响应特性研究

采用一种复合正弦波(M波)模拟列车移动荷载,建立轨道-路堤-PCC桩-土复合地基三维动力有限元模型,研究高速铁路路堤及PCC桩复合地基在列车荷载作用下的振动响应特性。研究结果表明:在靠近列车荷载作用处振动响应比较强,随着与轨道的距离增加,振动响应值也逐步降低,至地基远处24.5 m处,振动响应已经很小。路堤内振动波远低于枕木处振动幅值,振动波经路堤、垫层、桩体和土体层层过滤衰减作用,在地基下部土体中振动被削弱,振动的幅值和频率范围均受到影响。经过滤后地基下部土体振动响应频率接近或者低于土体自振频率,路堤、桩体和地基振动响应曲线体现了振动波在路堤系统各部分传播特点,反映出各部分振动特性。     

橡胶弹簧浮置板道床对车体振动影响的试验研究

为研究橡胶弹簧浮置板道床对地铁列车振动的影响,对列车通过普通整体道床和橡胶弹簧浮置板道床时车体的垂向和横向振动加速度进行现场试验,测试结果表明:列车运行时,车体垂向振动幅值波动较大,且两节车厢连接处的垂向振动幅值大于车厢中部;车体横向振动加速度幅值变化较为平稳,车厢中部和两节车厢连接处的横向振动幅值基本一致;列车通过橡胶弹簧浮置板道床区段时车体振动加速度幅值约为普通整体道床区段的1.5～2.2倍,且车厢中部振动加速度幅值增大较两节车辆连接处明显。     

南京大胜关长江大桥主梁加速度响应的长期监测与分析

针对现有规范对铁路桥梁的振动加速度限值不适用于大跨度高速铁路桥梁的情况,本文通过分析南京大胜关长江大桥桥梁结构健康监测系统长期监测得到的桥梁结构响应数据,研究列车过桥工况下主梁振动加速度峰值的变化规律,并与车速、轴重进行相关性分析。研究结果表明:在单一列车过桥工况下,主梁加速度峰值集中在固定的变化区间,且服从正态分布;桥梁振动加速度峰值与车速不存在线性相关性,与列车轴重存在线性相关性;动应变响应有叠加交汇工况下,加速度峰值约为单一列车过桥工况的1.4倍;现有运营条件下,大胜关桥梁振动加速度响应正常,能保证列车的行车安全。     

地铁过渡段结构振动响应特性与噪声分析

为研究地面过渡段地铁振动的响应特性,对广州市坑口地铁站前所处地面过渡段轨行区以及其临近地面进行振动以及噪声测试,对所得振动加速度进行傅里叶变换,分析了列车振动在横向上的传播规律以及列车振动的影响因素,得到了以下结论:列车制动行为、钢轨接头以及列车载重的增加会增强列车振动,而碎石道床可以有效减弱列车振动的传播;上、下行线列车经过时,其轨枕测点振动加速度峰值分别为10.80和4.22 m/s2,地面振动加速度峰值为0.07 m/s2,振动加速度在横向上的传播呈现逐渐衰减的趋势;列车振动引起下方轨枕最大频响在110 Hz左右,频响范围为0～400 Hz;旁边轨道轨枕最大频响在80 Hz左右,频响范围为0 ～200 Hz;地面最大频响在50 Hz左右,频响范围为0 ～100Hz;整体车致振动传播过程中高频成分衰减较大,到了地面低频响有所放大;列车运行致使振动噪声在地面临近轨道一侧噪声最大值为95.5 dB,远离轨道建筑物楼底噪声最大值为87.9 dB,超过规范噪声限制75 dB,振动噪声在横向上有小幅度衰减.     

路堤荷载作用下斜坡地基侧向变形计算分析

为探究斜坡地基在路堤荷载作用下的侧向变形,在Boussinesq和Cerruti集中力下半无限体侧向变形弹性解的基础上,运用积分思想,推导出斜坡地基在路堤荷载作用下的侧向位移。将路堤荷载分解为平行于斜坡和垂直于斜坡2个方向,分别推导出地基在平行和垂直于斜坡的各种荷载下的侧向变形理论解析解,最后依据叠加原理,将平行于斜坡表面和垂直于斜坡表面的荷载引起的侧向变形进行叠加,得出斜坡地基在路堤荷载作用下的侧向变形解析解。研究结果表明:对于斜坡上侧地基的土体,水平荷载引起的侧向变形可在一定程度上减小侧向变形的峰值,但对于斜坡下侧地基土体,水平荷载引起的侧向变形则会增大侧向变形的峰值。     

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。     

速度300 km/h列车振动荷载下隧道衬砌加速度响应规律分析

通过现场试验和有限元数值模型计算的方式,对衬砌在速度300 km/h列车荷载作用下的加速度响应规律进行了研究,经过高速铁路隧道现场衬砌振动测试和数值模型计算结果对比,验证了衬砌动力计算模型的正确性和可靠性;振动荷载在衬砌拱圈中的竖向振动加速度由墙角向拱顶呈下降趋势,拱圈横向振动加速度则呈现由墙角到拱顶先下降后增大的趋势,横向和竖向加速度的绝对值在接近列车侧均明显大于远离列车侧;证实了动车组列车轮对二阶固有频率对隧道衬砌拱圈振动加速度响应频率有较大影响;拟合得到了速度300 km/h列车作用下隧道衬砌拱圈横向和竖向振动响应加速度传递经验的三角函数公式。研究结果可为后续隧道衬砌在列车荷载作用下振动响应机制的研究提供参考。