地铁引起大地振动的有限元分析

运用大型有限元软件ANSYS建立了地铁隧道动力分析模型,分析了带桩基础的隧道结构、隧道埋深及大地参数对地铁引起大地振动响应的影响。计算结果表明:底部带桩基础的隧道结构对地面振动有明显的减振效果,桩基础越长,减振效果越好;隧道埋深对地铁引起大地振动有较大影响,地面振动强度随埋深的增加而减小;大地土层参数对地面振动的影响与激振频率有关。     

地铁列车振动对邻近建筑物的影响

采用车辆－结构－土层－建筑物的二维共同作用模型分析了地铁列车振动在地面的传播特性,并计算了地面上不同位置、不同层数的建筑物的振动响应及隧道深度不同时铁列车振动对邻近建筑物的影响。     

地铁列车引起的振动对西安钟楼的影响

以西安地铁2号线6、号线通过钟楼工程为背景,针对铺设浮置板轨道和采取隔离桩两种减振措施,分6种工况分析了地铁2号线及6号线运营对钟楼结构的振动影响,预测了减振隔振措施的效果,并分别对不同工况进行三维动力有限元数值模拟.结果表明：不采取减振措施时,地铁振动会对钟楼造成影响;采用浮置板轨道对地表振动有明显改善;采用隔离桩对减少地表振动效果并不明显.     

地铁列车引起的地面振动

为了研究地铁列车引起的地面振动,将轨道、隧道结构和列车荷载简化后建立三维有限元动力分析模型,列车按8节车辆编组,以80km／h的速度运行．计算了列车引起的地面振动,以分析隧道地基弹性模量和隧道埋深对地面振动响应的影响,结果表明：列车通过时,地面的竖向振动普遍比横向振动大;在靠近线路中心的区域,竖向振动随到线路距离的增加很快衰减;地面的横向振动有时比竖向的大,计算时不应忽略;地面振动强度和传播范围随地基弹性模量和埋深增加而减小。     

列车引起环境振动预测方法与不确定性研究进展

系统总结了列车运行引起环境振动的各类预测方法及其不确定性问题, 梳理了初步预测、确认预测和精准预测3个预测等级内各种方法和模型近10年来的发展状况; 讨论了模型输入参数的随机不确定性, 包括车辆之间差异、轮轨磨耗以及预测模型中输入地层参数等带来的不确定性; 根据新的测试结果分析了车轮和钢轨磨耗状态对地铁振动源强不确定性的影响。研究结果表明: 机器学习方法和地层传递函数解析法可用于初步预测阶段; 用于确认预测的各类数值和解析模型日益完善, 预测效率日益提高, 但考虑车轮和钢轨磨耗发展的轮轨激励输入方法仍有待进一步完善, 仍需进一步发展振动传递路径清晰且可用于工程预测的建筑结构动力学模型; 精准预测需要发展混合预测方法并研究其在地下线振动预测中的应用; 目前对预测结果精准性和预测方法可靠性的研究十分欠缺, 绝大多数预测只能给出定值结果, 无法考虑轮轨磨耗、养护管理水平和振动在地层中传播的不确定性; 建议进一步开发具有远程智能离线采样功能, 并可在建筑结构上长期便捷安装的小型振动采集装置, 以便与机器学习预测方法相结合, 从而适应未来智能化预测的发展要求; 建议发展能够描述钢轨短波磨耗状态等级和车轮不圆顺等级的粗糙度谱, 构建完整养护维修周期内环境振动动态预测模型; 应发展具有可靠性及精准度要求的智能化预测方法, 并在未来实现由定值预测向概率预测发展的根本性转变。     

列车荷载作用下地铁重叠隧道的响应分析

以深圳地铁一期工程区间近距离重叠隧道为背景，研究地铁运营期间，列车振动荷载对隧道结构的的影响。首先根据车辆－轮轨模型，确定列车振动荷载。然后采用释放荷载方法模拟地铁的开挖效应，确定初始应力场，并通过对地铁结构体系进行模态分析，得到体系的振型和频率，以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。最后运用Newmark隐式时间积分法，分别研究在上行动载，下行动载和上下交会动载3种情况下，区间近距离重叠隧道的动力响应，确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及其相应的位移和应力。     

地铁列车车轮踏面磨耗规律探讨

为了研究地铁车辆踏面磨耗的变化规律,持续跟踪测试了某线路地铁列车车轮踏面磨耗数据,并统计分析了运用工况下车轮踏面磨耗的数据特征.与CN60KG钢轨匹配,对比分析了踏面磨耗对诸如等效锥度和接触点等轮轨匹配参数的影响趋势.轮轨匹配特性分析表明:踏面磨耗将造成等效锥度增大.特别是右侧车轮踏面磨耗偏大,且呈现了轻微的轮对偏磨现象.根据地铁线路条件,有必要考虑地铁列车转调运用以合理延长镟轮修程.     

地铁车辆段咽喉区上盖建筑振动传播规律

以深圳某带上盖建筑地铁车辆段为工程依托,现场实测了咽喉区列车走行不同线路时,地面层、平台转换层和上盖4层钢框架结构的振动加速度响应,分析了咽喉区列车运行引起的环境和结构振动传播规律。研究结果表明：由于土-结构的动力相互作用,车致振动在从地基土向基础结构的传播过程中存在能量损失,实测结构基底加速度幅值较邻近地面加速度幅值显著减小;车致振动在从地基土向结构的传播过程中,50 Hz以上高频分量衰减更为迅速,土-结构耦合损失最高可达27~34 dB,因此,基于子结构法,采用基底输入预测地铁车辆段上盖建筑车致振动响应时,应考虑土-结构耦合损失的影响,宜采用平台立柱基底振动作为模型振动输入;上盖平台与转换层的结构设计能够在一定程度上减弱车致振动的向上传播,加速度级衰减幅度为3~6 dB;车致振动以轴向波的形式通过平台立柱向上传播,并以弯曲波的形式通过转换梁和楼板水平扩散,振动能量有多条传播路径传至上盖建筑并进行叠加,平台转换层各测点振动差异在8 dB以内;上盖建筑层间的振动传播规律取决于梁和楼板与竖向承重结构的阻抗比,增大梁或楼板的阻抗有助于减弱振动的向上传播;该上盖4层钢框架结构实测车致振动频率存在3个峰值,分别为6.3、12.5和40.0 Hz,其与结构固有频率和激励动力特性有关。     

弹性点支连续等跨梁的横向振动（I）：自由振动

利用工程中求解固有频率和固有振型的常用方法，对弹性点支连续等跨梁在冲击载荷作用下的横向自由振动问题进行了求解，得到了固有频率和固有振型。并对两种极限状态－自由状态和简支状态进行了讨论。     

地铁8号线瀛海站高架桥地铁振动响应规律分析

地铁列车运行所诱发的高频次振动不仅对隧道衬砌结构和围岩体造成损伤,而且对地表沉降、地面建(构)筑物稳定性和城市居民生活舒适性产生了一定的影响.通过对高架桥区间地铁振动进行实测分析,测试结果表明,高架桥周围土体振动速度主要受振源距的控制,呈现随振源距增加指数衰减的变化规律,桥墩振动速度随振源距增加呈现出近似线性的衰减规律...     

列车运行引起的地面振动衰减分析

针对现有理论方法不能预测远距离地面振动的不足,对《动力机器基础设计规范》的地面振动衰减公式的参数进行适当调整,使其可用于预测铁路产生的地面振动衰减．计算了距铁路轨道中心50,100,200,400,500和1000m等不同测点处的地面振动,并与实测资料作了对比分析;首次预测并对比分析了列车运行引起的1000m远距离处地面振动传播与衰减．分析结果表明：调整后的《动力机器基础设计规范》公式可以预测铁路引起的远距离地面振动;由于实测加速度对比资料较少,因此,目前该公式仅推荐计算铁路的地面振动位移幅值和速度幅值．     

地铁与路面交通振动对精密仪器的影响测试

为评价地铁列车与路面交通振动对某科研机构实验室内精密仪器的影响,在该实验室内对交通环境振动响应进行了全天候连续测试监控.将不同交通工况下实验室振动响应与电镜安装的环境振动要求进行比较.结果表明：钢弹簧浮置板轨道对控制室内振动响应作用明显,总的交通环境振动超过仪器安装对振动的要求,应采取必要的被动隔振措施.建议被动隔振平台的工作频率应小于4 Hz,且在5 Hz附近的隔振量不能低于5.5 dB.     

列车运行引起地铁车辆段与上盖建筑环境振动研究综述

为深化对地铁车辆段与上盖建筑环境振动影响因素的认识,从振源特点、控制标准、传播规律、预测方法及减振措施这5个方面系统回顾了工程实践和研究成果,并探讨了目前存在的问题与后续研究的方向。研究结果表明：现有地铁车辆段与上盖建筑环境振动评价与控制标准不统一,有必要在现行标准的基础上对车辆段进行合理分区,制定科学、统一、合理的标准;上盖建筑振动来源于与轨道不同距离的承重结构能量的叠加,振动量级取决于振动源强、土与建筑结构的耦合损耗以及上部转换结构的能量衰减;从合成振级上看,振动随楼层的变化并非单调增减;从分频振级上看,低频段振动在不同楼层体现出整体振动的特点,在峰值频率以上的高频段随楼层的增大呈衰减趋势;振源随机性、土与结构接触的不确定性、上盖建筑结构的振动传播特性等因素均对振动在建筑内的传播规律有较大影响,也是决定环境振动预测方法准确性的关键因素;应根据车辆段振源特点对其进行分区,对工程设计不同时期进行分段,进一步研究振动传递路径清晰且便于高效应用的上盖建筑振动预测方法;车辆段减振措施设计主要依赖振源处减振,传播路径隔振和敏感目标自身隔振技术的研究与应用明显不足,有必要研究传播路径永久性隔振措施在近振源场的隔振效果与适用性,推进建筑结构减振措施设计与应用,实现振源、传播路径和敏感目标的综合性减振设计。     

板式轨道交通引起的地面振动模型

为了研究板式轨道交通引起的地面振动, 建立了单个载荷作用下板式轨道引起的地面振动计算模型。在模型中, 考虑了板式轨道的结构特性, 大地按多层各向同性无限大弹性体建模, 其底层为弹性半空间体。对模型的动力学微分方程先在波数-频率域内进行求解, 然后利用傅立叶逆变换得到地面振动的垂向位移幅值计算表达式。算例表明, 该模型能反映出层状大地中波的频散特性, 荷载移动速度对地面振动有显著影响, 荷载速度增大, 振动响应及影响范围随之增大, 当其超过瑞利波波速时, 将会出现多普勒效应, 这说明该模型能模拟地质沉积作用下的层状大地特性。     

车辆/轨道耦合作用下高速列车车轮振动影响灵敏度分析

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了随机样本仿真分析;在有限试验设计样本和仿真数据的限制下,以最佳近似精度为目标,结合最小角回归、低阶交互截断和留一法交叉验证等实现了多项式混沌展开,构建多项式混沌展开代理模型;采用Sobol法进行全局灵敏度分析,研究了直线、曲线2种工况下车辆参数和轨道参数随机耦合作用对于车轮振动特性的影响,找出了主要影响因子,并考虑了多参数之间的交互效应。研究结果表明：多项式混沌展开法能够基于已有的样本比较好地拟合出代理模型,计算出Sobol灵敏度系数,平均误差低于3%,从而可以高效、定量地分析各参数耦合作用对车轮振动的影响;转臂节点横向刚度、一系弹簧垂向刚度、一系弹簧横向刚度和二系横向减振器阻尼是对车轮振动响应方差具有较大贡献的车辆参数,轨道横向、垂向刚度是对车轮振动响应方差具有较大贡献的轨道参数,各参数之间存在明显交互效应。     

地铁快慢车运行计划综合优化模型

为了综合优化地铁快慢车运行计划, 建立了综合求解列车开行方案、停站方案和时刻表的优化模型; 分析了地铁列车停站、区间运行、快慢车运行组织与客流出行等特点, 构建了快慢车运行计划的约束条件, 设计了综合协调优化列车运行时间和运输成本的目标函数, 建立了完整的地铁快慢车运行计划优化模型; 分析了模型特点及其复杂度, 设计了两阶段近似算法求解模型, 第1阶段根据乘客能够忍耐的最大候车时间推算出慢车的开行列数, 同时将其均匀分布在编制时段范围内, 并对初始时刻表进行合理调整, 第2阶段采用CPLEX求解器求解地铁快慢车运行计划; 针对上海地铁16号线, 对其早高峰7:00~9:00下行方向的快慢车运行计划进行编制试验。试验结果表明: 快慢车运行计划中共开行列车30列, 其中快车11列, 慢车19列, 完成9次越行, 87次跨站不停车, 快车全程最大节约时间为628 s, 约降低4.1%, 总旅行时间节约4 450 s; 根据客流需求在1:1~1:2之间灵活安排快慢车开行比例; 根据各车站上下车客流需求灵活安排快车停站方案, 快车之间停站方案不固定; 随着列车规模的增大, 模型求解时间大幅增长, 当规模达到一定程度时, 需设计更为高效的求解算法。     

下沉式地铁车辆段咽喉区车致振动特性

采用触发采集方式现场实测了某下沉式地铁车辆段咽喉区钢轨、道床、地面、楼板及盖板的振动加速度, 采用插入损失、1/3倍频谱、Z振级曲线拟合等方法分析了现场实测数据, 进而分析了下沉式地铁车辆段咽喉区的振源特性与地铁振动沿盖板和不同层楼板的传播规律。分析结果表明: 在频域上, 钢轨比道床振动频带更宽, 没有明显的主频段, 其振动分布在800 Hz以内, 道床则有明显的主频段, 主要分布在80~200 Hz; 下沉式地铁车辆段地下1、2层钢轨至道床振动衰减幅度分别约为29.9、10.4 dB; 列车引起盖板的振动响应随测点与行车轨道中心线距离的增大呈线性衰减规律, 其线性衰减率约为0.2 dB·m^-1; 由于边墙对振动的反射与折射, 振动传至盖板端部时出现局部放大现象; 列车无论在地铁车辆段端部还是在中间股道行车, 随着测点与行车轨道中心线距离的增大, 车辆段盖板振级在2.5、5.0 Hz低频处基本不变, 在10 Hz处衰减缓慢, 在25、40、80 Hz中高频处衰减明显; 列车在地下1、2层行车时诱发的振动的向上传播呈逐层衰减规律, 列车在地下1层行车引起的盖板振动比其在地下2层行车时大约16.1 dB; 下沉式地铁车辆段咽喉区轨道接头多、道岔多的特点导致该区域盖板车致振动响应突出, 需重点对该区域进行减振设计。     

摆式列车受电弓垂向振动主动控制

建立了摆式列车机电耦合动力学模型、受电弓线性和非线性动力学模型及接触网有限元模型和静态接触刚度模型,组成摆式列车-受电弓-接触网耦合动力学模型,分别设计了P和H∞鲁棒控制器,应用数值仿真方法,研究了摆式列车直线和曲线通过时两种控制器对摆式列车受电弓垂向主动控制的效果。结果表明受电弓若无垂向控制,其弓网接触压力波动较大;P和H∞鲁棒控制均能减小弓网接触压力的波动;控制延时对P控制比对H∞鲁棒控制的影响大;是否考虑接触网的振动对接触压力影响较大,对控制效果影响不大。这说明摆式列车受电弓垂向主动控制能明显改善弓网接触压力波动;H∞鲁棒控制比P控制效果更好;接触网的静态接触刚度模型可用于受电弓主动控制的定性分析。     

地铁隧道邻近地裂缝带的地震响应

采用数值模拟方法, 在不同震级人工地震波作用下, 研究了具有近距离平行地裂缝的地铁隧道的加速度、位移和内力特征, 计算了地裂缝的影响区域、围岩动土压力变化规律和隧道与围岩接触动土压力变化规律。研究结果表明: 在地表距隧道水平距离约25~50m范围内加速度响应存在一个附加放大区域; 当输入地震动强度较小时(50年超越概率为63%), 地铁隧道拱顶和拱底处相对水平位移都较小(约为0.39mm), 但随着输入地震动强度的增大(50年超越概率为2%), 拱顶和拱底的相对水平位移均逐渐增大, 最终增大至1.53mm; 在地震动作用下, 隧道结构的左、右拱肩和拱脚处的轴力都较大, 其中右拱脚处的轴力最大, 为1 926kN; 隧道结构的左、右拱腰处的弯矩和剪力都较大, 其中最大弯矩与最大剪力在右拱腰处, 分别为78.54kN·m与1 830kN; 随着地震动强度的增大, 隧道结构的内力逐渐增强; 地裂缝附近的动土压力较大, 并向两侧逐渐减小; 在中震作用下隧道拱顶处, 地裂缝上盘影响宽度为25m, 下盘影响宽度为20m, 在拱底处, 地裂缝上盘影响宽度为26m, 下盘影响宽度为22m;在大震作用下, 地裂缝上、下盘影响宽度较中震时增大约35%;地裂缝附近的隧道拱顶和拱底的动土压力变化规律与无地裂缝时基本一致, 但隧道结构附近的动土压力较大, 其最大值为138kPa; 在地震动作用下, 隧道结构拱腰处的接触动土压力增量较大, 右拱腰处即靠近地裂缝一侧最大, 增量为45.27%, 拱顶次之, 增量为13.41%, 拱底最小, 增量为6.86%。