列车振动荷载对古建筑的动力影响

在建的北京地下直径线周边有3处需保护的古建筑文物（Ⅰ-明城墙、Ⅱ-老车站、Ⅲ-正阳门和箭楼）,对其进行列车振动荷载下的动力影响研究十分必要.应用列车-轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷载,并作为激励作用于动力有限元模型上,通过数值模拟计算,预测评估直径线与既有线列车荷载对周边古建筑文物的振动响应.结果表明,列车振动引起古建筑结构的动力响应随水平距离和竖向距离改变呈规律变化,地下结构以竖直方向动力响应为主,建筑物超过一定高度后,地上结构以水平方向动力响应为主,且地上结构的动力响应高于地下结构;直径线与既有线的列车运营对古建筑产生的振动影响,未超过但接近控制标准,不需特殊减振,应采取适当减振以对古建筑文物的保护留有余量.     

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.     

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。      

由路面振动响应反分析识别交通荷载

交通荷载作用下高速公路路面路基动力响应的分布和传递变化规律已成为解决路基问题的重要研究内容.文中针对道路工程结构的特点,研究基于实测路面振动加速度的交通振动荷载识别问题,建立道路结构动力响应计算模型,提出非线性系统交通振动荷载识别的增量有限元方法,推导了由实测加速度响应计算交通荷载的识别公式,通过工程实例分析,得到了一定条件下路面振动荷载时程曲线.     

不同隧道介质下地铁列车运行引起地表的振动响应研究

通过选取具有代表性的地铁隧道土层和岩层介质环境,利用有限元软件ANSYS建立隧道—地层有限元模型,基于相同隧道埋深下,施加相同的轮轨激励,研究地铁列车通过不同隧道岩土介质环境时引起的地表振动响应。结果表明:土层地铁,低频(≤8Hz)衰减不明显,高频(80 Hz)开始衰减较快;岩层地铁,在低频(≤8Hz)和高频(100Hz)衰减均较快,衰减幅度大于土层地铁,但中高频能量带宽却大于土层地铁;不同隧道介质下地表振动响应一般均出现4个峰值,其中10~20Hz出现振动放大区,尤其是在12.5Hz左右。距隧道中心50m范围内,岩层地铁与土层地铁的地表振动响应相差不大,大于该距离后,岩层地铁低频振动(≤8Hz)衰减较快,中高频(≥20Hz)衰减较慢,土层地铁则相反。8Hz以内,岩层地铁中振动衰减量大于土层地铁,且随频率增大,岩层地铁与土层地铁振动衰减差异有减小趋势;在10~12.5 Hz,振动波在土层地铁中衰减量开始大于在岩层地铁,且二者衰减量随距隧道中心的远近影响不大。可为地铁减振及设计研究工作提供一定的参考。     

双振源激励下地铁车辆段上盖建筑物振动特性

以广州某地铁车辆段为研究对象, 实测了试车线与库内检修线引起地面振动的加速度, 分析了两类振源的衰减规律与差异; 建立了车辆段上盖建筑物有限元模型, 将实测地面振动数据采用大质量法进行多点激励, 分析了双振源激励对上盖建筑物楼板振动的影响。研究结果表明: 列车通过时, 试车线地面振动主要频率为60~80 Hz, 检修线主要频率为20~40 Hz; 试车线荷载振源强度大于检修线, 约为6 dB; 试车线振动衰减率约为1.07 dB·m-1, 检修线振动衰减率约为1.69 dB·m-1, 说明检修线引起地面振动强度的衰减速度比试车线更快; 与非一致激励相比, 一致激励对上盖建筑物楼板10 Hz以下振动影响显著, 各层加速度级在2.5 Hz处存在明显峰值, 这与建筑物楼板的固有频率有关; 试车线荷载激励下, 底层楼板振动主要频率范围为40~60 Hz, 顶层出现在20~40 Hz, 峰值中心频率集中在40.0 Hz处; 检修线荷载激励下, 各层楼板振动主要频率范围为0~40 Hz, 峰值中心频率集中在31.5 Hz处; 对比单一振源激励, 双振源激励使建筑物楼板Z振级增加了0~3.5 dB, 这在地铁车辆段上盖建筑物的环境振动评价中应充分重视。      

九自由度乘坐动力学模型的人体振动特性仿真

为高效预测动态环境下人-车系统的人体振动响应特性及汽车乘坐舒适性,依据人-车-路系统间的相互作用和多体动力学原理,建立了9自由度汽车乘坐动力学模型,应用拉格朗日原理推导了乘坐动力学方程。基于路面不平度激励及汽车行驶速度变化,构建了路面随机激励的时域模型。利用MATLAB/Simulink仿真工具,建立了人-车-路系统仿真模型,并对某轻型车辆在不同路面、不同车速下的人体振动响应进行了仿真分析。仿真结果表明:在同样车速下,随着路面等级的降低,人体各部位的加速度响应幅值明显增大;当车辆行驶在随机路面上时,路面不平度随机激励引起的人体振动能量主要集中在低频段,约在5Hz出现第1阶共振频率,大约在10Hz出现第2阶峰值,这与众多试验结果一致。可见,9自由度汽车乘坐动力学模型及其仿真模型,不仅能快速计算动态激励下人体的振动特性和乘坐舒适性,而且具有较好的可信度。     

某站场地基强夯振动影响范围研究

针对某站场地基采用6000kN·m夯击能强夯加固海漫滩填海区工程，现场测试了地表振动速度，在此基础上，分析研究了振动在水平方向的衰减规律、主振频率等，分析了拟建场地边立交桥在不同夯击能下的安全距离．结果表明：地表最大振动速度的衰减规律满足乘幂关系；强夯产生的振动的主振频率均处于10Hz以下；以地表振动速度作为判别标准，测得该场地在6000kN·m夯击能下对立交桥的安全距离为30m．     

高速磁浮车辆引起地面振动的数值分析

为预测高速磁浮列车引起的地面振动响应及其衰减规律,建立了高速磁浮车桥相互作用模型和磁浮线路桩基基础有限元模型,将磁浮车桥系统动力学仿真获得的车辆动态荷载输入基础有限元模型,计算了高速磁浮车辆引起的地面振动响应.计算结果表明:磁浮车辆引起地面振动响应的衰减规律与轮轨交通车辆的衰减规律基本一致,但在距离线路中心25 m左右没有反弹区;行车速度对磁浮线路地面振动的影响较大,当时速由125 km/h提高到430 km/h时,相同观察点处地面振动级增大约10 dB.     

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...     

桥上列车高速运行引起的地面振动试验研究

为了研究高速铁路高架段车致地面振动的传播和衰减规律,以津秦客专线32m简支梁桥区段为工程背景,实测高速列车以速度250~385km/h通过时的三向地面振动响应,并对实测数据进行时域和频域分析。研究结果表明:近场测点的加速度时程呈现出明显的列车周期性加载现象,轴距及前后车相邻转向架间距的激励频率起主要作用;地面各测点在顺桥向、横桥向和垂向3个方向上的振动优势频率范围为25~80Hz;随着距离的增加,垂向地面振动在优势频段显著衰减,而顺桥向和横桥向地面振动在1~80Hz频段内均明显衰减;各测点在各测试车速下,垂向地面振动比顺桥向和横桥向大,而同一测点在顺桥向和横桥向的地面振动加速度级最多相差2dB;顺桥向和横桥向地面振动在距振源约30m处出现放大现象;车速为250~320km/h时,近场总体振动加速度级随车速增加而增大约6dB,但车速为330~385km/h时的各测点总体振动加速度级相差不超过2dB。      

石龙山隧道爆破振动信号的小波分析

采用db8作为小波基函数,对石龙山隧道同一炮次下垂直向、水平切向和水平径向的原始爆破振动信号进行尺度为7的一维离散小波变化。通过MATLAB程序分别计算了原始信号、各层小波的功率谱及能量比例;详细分析了各层小波的幅值特性、频谱特性及能量分布特性。研究结果表明:垂直向、水平切向和水平径向的优势频率分别为78.125～2 500 Hz、39.062 5～312.5 Hz和39.062 5～625 Hz。该分析方法在频率及能量分析方面的优势可以更加全面地获取爆破振动信号所带来的信息。     

大跨度拱形无柱地铁车站抗震性能分析

采用土—结构相互作用原理针对我国首个明挖拱形无柱结构地铁车站———青岛地铁3号线保儿站进行了水平地震力作用下的有限元动力时程分析。结果表明,地震作用下地铁车站结构的动力反应较静力条件下的弯矩增幅在拱顶处最大,增幅率为42%;拱形结构和同跨度的矩形结构相比,在拱脚和边墙与底板连接处内力和变形都较大,在抗震设计时应特别注意加强这些部位的抗震措施;通过时程分析法可以看出在地震动0.1～0.9 s时,达到了结构的自振频率,地震动引起的地震反应最大,此频率点可以为地下结构反映谱的研究提供一定的参考。     

轨道平顺性与土动力特性对地铁隧道振动的影响

为精确计算列车动荷载作用下软土地铁盾构隧道频域振动响应,考虑地基动刚度随应变频响的非线性变化,建立了车辆/轨道/隧道/软土地基的垂向耦合动力学模型,研究了不同轨道平顺等级下软土动刚度随应变频响非线性变化对地铁盾构隧道随机振动的影响规律.研究结果表明:随着轨道平顺性的恶化,地基动刚度随应变频响非线性的变化将引起地铁盾构隧道各频段内的振动加速度级出现明显的非均匀变化;轨道不平顺恶化后,软土地基动刚度的非线性将改变地铁盾构隧道频域振动幅值大小,且其对应频率会出现约有0.2 Hz的偏移,致使地铁盾构隧道频域振动能量出现重分布现象.      

轮对柔性对直线电机车辆动态响应的影响分析

直线电机地铁车辆有内置和外置两种轴箱布置方式,针对这两种轴箱布置的直线电机地铁车辆,分别建立了考虑轮对柔性的直线电机地铁车辆-轨道耦合动力学模型.模型中轮轴采用欧拉梁模拟,考虑轮对柔性变形对一系悬挂作用力、电机吊杆力以及轮轨空间动态相互作用的影响,对比分析了在轮轨不平顺激扰作用下,轴箱内置和外置直线电机地铁车辆轮对柔性响应特性及其对系统动态响应的影响.研究结果表明:相比于刚性轮对模型,两种直线电机地铁车辆柔性轮对模型求解所得轮轨垂向力响应均存在77 Hz的主振频率峰值,对应于轮对的一阶弯曲模态频率;当考虑轮对柔性效应时,相比于轴箱外置直线电机地铁车辆,轴箱内置直线电机地铁车辆的轮轨垂向力更大,气隙更小.