复杂工况下地铁交叠式车站振动特性分析

为研究地铁交叠式换乘站在复杂动荷载工况下的结构振动特性,基于轮轨耦合动力学原理建立车辆-轨道耦合模型及轨道-车站有限元模型,结合地铁车站现场测试,分析不同线路交叠与单线运行、列车进站制动、出站启动及不同载重等工况下对地铁交叠式换乘站结构的振动特性影响。研究结果表明：地下一层A号线运行引起的车站振动响应大于地下二层B号线运行引起的车站振动响应;地铁列车出站工况下的楼板振动加速度大于进站工况;无论哪种工况,其振动响应主要集中在25～50 Hz和90～140 Hz频段上,A号线进出站引起的同层楼板振级超过振动限值,而B号线引起的同层站台振级满足振动限值;B号线列车单线在不同时段的载重越大,车站结构振动响应及增幅越大;地铁交叠式车站设计时,需考虑地下一层及列车出站启动工况的减振措施。     

列车振动对地铁周围环境的影响及减隔振措施

主要分析地铁列车对地面建筑物的振动影响，介绍了一些减振措施，并对城市交通规划设计提出了建议。     

三维交叠隧道列车运营对环境的振动影响

北京站至北京西站地下直径线宣武门地段交叉穿行地铁2号线及4号线宣武门车站,以此复杂的空间三线交叠隧道为背景,对列车振动荷载下的动力响应进行研究.通过荷载数定法和解析公式法,分别计算既有地铁列车和直径线铁路列车的振动荷载曲线,并作为激励源作用于所建立的宣武门地段的动力有限元模型上,进行三维动力有限元数值模拟,通过有效地选取拾振点和振动参量,对其动力响应的特点及振动传播规律进行分析研究.结果表明,北京地下直径线宣武门地段的开通运营会增加邻近地铁结构的振动响应和附加动应力,对结构耐久性和正常使用有一定影响;地面点产生的振动速度较小,不会对地面结构造成损坏;地面点的垂向振级超过规范标准;考虑此地段振源复杂、结构重要,建议采取较高减振措施,不需特殊减振;动力响应随着离开振源的距离不同而呈有规律的变化,且在离开振源水平向一定距离内存在振动放大区.     

地铁列车振动环境响应预测方法

我国地铁列车振动环境响应预测中采用的经验法计算简单,可对线路上多个敏感目标快速预测,但它的缺点在于预测的输出量单一、预测精度低;解析法、半解析法和数值法可利用计算机模拟技术对单个敏感目标进行预测,但是用于同时预测地铁沿线多个敏感目标的列车振动环境响应时,计算工作量大、时间长,并且预测的精度和可靠性存在不确定性.为了降低预测误差、减少预测的不确定性,可辅之基于现场测试的两位校准法和实测传递函数法对预测模型进行校正和验证预测结果.为提高预测的可靠性,并兼顾预测精度和效率,应将整条地铁线路按敏感目标距线路的距离分为不同的预测区域、按照敏感目标对环境振动影响的敏感程度分为不同等级、按照地铁建设工程项目的各个设计阶段,综合运用既有各类预测方法,动态进行分区域、分等级和分阶段的地铁列车振动环境响应预测;建议开展既适用于整条地铁线路、又适用于线路个别重点敏感目标的地铁列车振动环境响应预测方法以及动态预测评价体系的研究.     

地铁线路下穿燃气调压站引起的环境振动影响及控制措施研究

近年来,我国大城市地铁线网和城市燃气管网密度日益增大,地铁线路不可避免下穿燃气管线及其调压站,而地铁列车运行对燃气设施产生的振动影响及其控制措施研究少见报道。以某地铁线路下穿燃气调压站实际工程为分析对象,综合采用地铁振动类比测试和数值仿真计算方法对燃气调压站受地铁振动影响情况进行了预测分析,提出"减振垫-厚重筏板基础-减振垫-箱形设备基础"隔振控制方案,并对其隔振效果进行数值仿真分析。分析结果表明:控制措施实施前, 3个燃气设备基础Z振级预测值为78.3～81.4 dB,加速度峰值为0.155～0.22 m/s²;控制措施实施后,Z振级降为69.9～73.4 dB,加速度峰值平均下降61%,控制措施效果明显。     

我国地铁环境振动现状及控制措施

通过对我国北京、上海、广州等城市既有地铁线路两侧环境振动实测结果及理论分析，得到：我国地铁隧道壁处的垂向Z振级为75～110dB；距离隧道中心线10～50m范围内，振动水平可达到GB10070—1988《城市区域环境振动标准》中居住区域标准限值的要求；同时给出我国地铁既有振动控制措施效果比较，其中浮置板道床减振效果最佳，其次为轨道减振器，各种弹性扣件也有一定减振效果。     

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。     

地铁列车运营引起的既有线结构振动衰减规律分析

地铁列车运转产生的振动通过道床传到隧道结构,再通过土层向四周传播,诱发了附近地下结构以及地面建筑物的二次振动。通过对地铁列车运营引起的既有线结构振动在地层中的衰减规律测试,初步研究了既有地铁列车运营过程中的振动对施工和建成的部分初期结构的影响。     

地铁列车引起的地面振动响应测试分析

在深圳地铁1号线附近一振动敏感区进行了地面垂向振动测试,分析了南北列车单独通过和双线列车同时通过三种工况下地面振动响应规律。结果表明：地铁列车单线通过时地面垂向振动响应总体上随距隧道中线水平距离增加呈波动性下降趋势,地面振动垂向分频最大振级在距隧道中线水平距离4.5 m处最大;南线列车单独通过引起的振动经过北线隧道时,隧道结构对其振动响应有一定影响;在距北线隧道中线水平距离10 m处,双线列车同时通过时地面振动垂向分频最大振级比北线列车单独通过时增大7.8%。评估地铁对邻近敏感建筑物的影响时,建议考虑双线列车同时通过时振动叠加所造成的影响。     

动态子结构法在地铁列车引起地基振动分析中的应用

运用动态子结构固定界面模态综合法在ANSYS有限元分析软件中建立隧道地基耦合动力学模型,分析地铁列车荷载作用下隧道和地基表面的动力响应;通过与有限元整体建模分析法进行比较,验证动态子结构法的准确度。探讨固定界面模态综合法中主模态截断数与分析频率之间的关系,并讨论地基子结构模型中人工边界的施加问题。计算表明：固定界面模态综合法能够明显地减少建模及计算工作量,缩短计算时间,减少存储空间,且具有较高的精度,可在地铁环境振动分析中推广使用。     

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。     

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。     

高速列车诱发地面波与轨道强振动研究

在高速运行的条件下,当列车达到某种速度时,列车将引起轨道和大地的强烈振动。本文通过建立轨道振动微分方程,得到单轮作用下轨道变形的解析表达式。在此基础上,利用叠加原理,研究轨道临界速度与单轮和高速列车诱发轨道强振动的关系,分析了轨道基础弹性模量和轨道抗弯刚度对轨道临界速度及轨道振动的影响。计算表明,轨道基础弹性模量是影响轨道临界速度的主要原因。尤其是当轨道基础为软土地基时,轨道临界速度很低,容易被中高速列车超过。当列车速度接近轨道临界速度时,轨道将发生强烈振动。分析还显示当列车速度低于轨道临界速度时,提高轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用并不明显,但当列车速度接近轨道临界速度时,增加轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用则非常显著。     

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。     

基于敏感度的地铁振动动态预测评价体系

提出地铁环境振动敏感度的概念和计算方法。通过对敏感度的等级划分,采取以降低敏感度为设计思想的地铁综合减振措施,可以避免陷入单一"轨道减振"的误区。基于对敏感度的计算分析,结合地铁设计步骤,提出分阶段的动态振动预测评价体系,利用不同振动预测方法的优势,以实现准确、经济、可行的振动预测评价。     

重庆单轨列车异常振动问题分析与处理

详细介绍重庆单轨列车的减振系统,根据单轨列车检修中的振动现象,对可能导致异常振动产生的原因,从结构、日常维护和外部因素等方面进行分析,提出针对性的处理措施,解决在单轨列车运行中在振动方面出现的部分疑难问题.     

地铁列车及路面交通引起古建筑微振动预测研究

以西安地铁2、6号线交叉通过钟楼案例为背景,提出通过数值计算与现场测试相结合进行复杂交通环境下古建筑微振动响应的预测方法,并给出应用实例。通过现场测试获得路面交通振动响应及结构动力放大系数,充分利用地铁2号线已开通运行、地铁6号线尚未开工建设这一有利条件,对现况交通振动进行详细测试;同时建立三维动力有限元模型,并采用“振源输入-地表响应输出”两位校准法,验证预测模型的有效性;随后利用上述模型及预测方法,研究比较3种不同线路方案、5种列车运行工况下列车振动对钟楼振动的响应。研究结果从控制钟楼振动角度为地铁6号线建设的线路优化提供依据,研究方法可用于其他同类复杂交通环境下木结构振动响应的预测。     

高速列车作用下板式轨道引起的地面振动

根据波数域内分层大地波动方程的求解理论,建立高速列车作用下板式轨道—大地耦合振动分析模型。利用Fourier变换,在频率—波数域内求解振动微分方程,再通过Fourier逆变换得到大地表面的振动位移响应。通过算例分析列车运行速度对板式轨道周围地面振动的影响。结果表明:列车运行速度越高,线路周围地面的振动响应越大。当列车速度大于200 km.h-1时,路基表面位移的幅值随车速提高迅速增大;然而当列车速度增至350 km.h-1时,位移幅值最大值又出现了回落。距离板式轨道中心线越近,行车速度的变化对地面振幅的影响越显著。尤其当列车速度接近地基的Rayleigh波波速时,由于引发共振而使地面振动位移出现峰值。     

列车运行引起周边环境振动的监测与分析

利用振动传感器和测试仪器在某铁路线旁的小区对列车运行经过时引起的三个方向振动速度以及振动频率进行实测。通过对监测数据分析发现,其振动衰减规律的分析结果与通过监测列车运行引起振动加速度的分析结果是一致的。同时参考《爆破安全规程》中的相关安全允许振动速度标准以及运用"振动感觉与振动持续时间关系"的相关理论,确定了评价列车运行引起建筑物振动的安全允许振动速度,为评价轨道交通系统运行对邻近建筑物振动危害提供了一个新思路;最后,指出小幅度长久持续的振动对建筑物的破坏是不能被忽视的,需要进一步研究并采取合理措施来控制和减弱其危害。