基于阻抗和功率守恒法的地铁车辆段上盖建筑车致振动预测模型研究

为评价地铁车辆段上盖建筑车致振动响应对人体舒适度的影响并指导减隔振措施设计,以深圳地铁某车辆段上盖钢框架结构为对象,基于波传导理论提出了计算高效的竖向振动预测模型.该模型包含两个子模型,子模型一基于阻抗法考虑竖向振动以轴向波的形式沿结构柱向上传播,以上盖平台柱脚速度作为输入预测上盖建筑各楼层柱脚振动响应;子模型二考虑梁...     

地铁车辆段上盖物业车致振动分析

为研究地铁列车进出车辆段对上盖物业振动的影响,先结合两个实际工程,对武汉某车辆段和宁波某车辆段内运用库列车振动荷载进行现场实测,并对两车辆段内运用库列车振动荷载进行对比分析,探讨车辆段内运用库列车振动荷载特性。然后改善了基于弱振情况下结构精细化有限元模型构建方法和荷载输入方法,并基于实测数据验证了其合理性。最后建立了武汉某车辆段上盖物业精细化有限元模型,计算分析上盖物业的振动响应。计算结果表明：地铁列车进出车辆段引起上盖建筑物的振动高频成分较丰富,其主频率在40Hz附近,列车振动荷载特性决定了建筑物内振动的频域分布;建筑内楼板跨中各方向振级沿高度方向的变化是不同的,铅垂向Z振级沿楼层的上升呈现先减小后增大的特点,而在水平方向振级总体上呈现随楼层增大而增大的特点。本文的研究成果可为精确预测、分析和评价地铁车辆段上盖物业振动舒适度提供基础。     

车辆段不同区域上盖建筑振动测试分析

为研究地铁列车在车辆段不同区域引起的上盖建筑振动问题,对广州某车辆段试车线,咽喉区及其上盖建筑进行现场振动测试,分析车辆段各区域车致振动特性及传递规律。分析结果表明,轨旁源强振动的主频随车速增加而增大,咽喉区15 km/h、试车线40和60 km/h工况的主频分别为31.5、40和50 Hz,试车线源强的振动能量要大于咽喉区。由于梁和楼板的阻抗作用,振动总能量在向上传播的过程中逐渐衰减,不同传递路径对不同频段振动的衰减作用不尽相同。建筑物内振动主频主要受楼板固有频率影响较大,主要集中在40～50 Hz范围。     

地铁车辆段周期性桩基础隔振效果研究

针对地铁车辆段及上盖建筑振动控制难题，基于周期结构带隙理论提出周期性桩基础隔振措施，通过开展行车条件下现场测试获得车辆段及上盖平台振动响应，以此为基础建立和校核动力有限元模型，并拓展建立上盖建筑振动计算模型，分析周期性桩基础对上盖建筑的隔振效果。研究发现：（1）实测振动向上盖平台传播分频衰减量约为20 dB～50 dB之间，上盖平台及建筑振动显著频段在25 Hz～50 Hz;(2)上盖建筑部分房间预测值超过限值3 dB～6dB，采用周期性桩基础后可实现设计带隙范围内63 Hz处最大9 dB的分频插入损失以及7 dB的最大Z振级插入损失；（3）周期性桩基础可有效控制上盖建筑10 Hz以下低频振动，最大可降低16 dB。研究成果可为车辆段及上盖建筑振动控制提供一种新的方法和某种地层条件下的具体设计参数。     

双层车辆段上盖建筑振动与结构噪声预测分析

为研究地铁列车在双层车辆段运行引起的上盖建筑振动及室内结构噪声特性，以国内某双层车辆段上盖物业工程为研究对象，采用现场实测和数值模拟相结合的方法，系统分析了双层车辆段上盖建筑振动与辐射二次结构噪声传递规律。基于大地-车辆段-上盖建筑有限元模型，分析了列车荷载作用下，运用库上盖建筑的振动传递特性，再利用声传递向量法分析了上盖建筑室内结构辐射噪声及其特性，最后对室内各板件的噪声辐射贡献度及吸声平板降噪效果进行了研究。分析结果表明：由于高频振动经过土体衰减迅速，在80 Hz以上频段，二层行车引起的上盖建筑底层振动显著大于一层行车；运用库车致上盖建筑振动在第10层衰减至最低水平，随着楼层的继续增加，振动出现放大现象；在40 Hz处天花板和地板对卧室场点声学贡献度最大，其中在顶层采用吸声材料后的降噪效果最为明显。     

综合交通枢纽车致振动响应特性研究

针对"站桥合一"的大型综合交通枢纽工程,研究在不同行车速度和不同线路工况下候车厅楼板以及大跨度悬挑结构的振动响应传递规律,研究列车高速过站时站房结构的动力响应,分析客运站各个楼层的动力响应规律、车致振动在客运站内的传播衰减规律。首先,以南昌西站站房结构为例,利用无砟轨道双层梁模型对轮轨力进行数值模拟,采用有限元法建立列车-轨道-站房耦合系统整体动力学分析模型,在有限元模型上施加不同工况的列车荷载,研究结果表明正线列车所致振动响应远小于到发线列车所致振动响应,双线行车所致振动响应约为单线行车的两倍,车致振动沿着与线路垂直方向和楼层高度方向快速衰减,车致振动沿着框架柱传递振动响应,但是轴柱中心线的振动响应小于跨中的振动响应。车致振动响应沿着高度方向呈现指数衰减。车致振动响应的垂向振动、横向振动存在量级上的差异,因此综合交通枢纽车站的振动舒适度问题可以主要关注竖向振动。     

地铁列车运行引起地表振动的预测模型及其试验验证

针对地铁列车运行引起的地表振动响应问题,提出了一个数值预测模型。该模型根据移动荷载作用下的动力响应解,把地铁列车运行引起的振动问题归结到计算频率-波数域内的传递函数和频域内移动轴荷载的问题上。传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型来计算,移动轴荷载主要考虑为频域内轨道不平顺激励下简化的轮轨接触力。利用此模型计算了北京地铁1号线东单站至建国门站区间地铁列车运行引起的振动响应,并利用现场振动试验数据对计算结果进行了验证。结果表明,此模型具有良好的适用性,可应用于地铁列车运行引起的地表振动的预测。     

随机车载激励的斜拉索非线性振动响应极值预测

为了预测随机车辆荷载作用下斜拉索非线性振动的响应极值,采用蒙特卡罗随机抽样法生成随机车流荷载,求解随机车流荷载在斜拉索梁端和塔端产生的位移;将索端车致位移作为斜拉索的外部激励输入,采用龙格-库塔数值方法求解斜拉索的非线性空间耦合振动响应;基于经典Rice公式极值预测理论,提出随机车载激励的斜拉索非线性振动响应极值预测方法。实际工程的应用结果表明：车辆荷载为斜拉索的梁端提供了较大的竖向和纵向位移激励,为塔端提供了较大的纵向位移激励,其对拉索的轴向和面内振动响应影响较大,对拉索的面外振动响应影响较小;斜拉索的车致振动响应极值随着车流密度和重现期的增大而增大;经典Rice公式对斜拉索车致振动响应界限跨阈次数的拟合效果很好,提出的斜拉索非线性振动响应极值预测方法有效可靠且在工程实践中应用方便。     

地铁引起的建筑结构振动及噪声分析

针对上海地铁附近某拟建建筑的振动与噪声问题,建立结构的有限元模型,输入场地实测地面振动加速度激励,计算结构振动的加速度响应.结合噪声预测模型,给出建筑结构内声场分布规律,并结合工程实例,对浮筑楼板隔振降噪措施效果进行分析,结果表明浮筑楼板隔振降噪效果一般.     

地铁列车运行引起远场低频振动响应预测研究

精密仪器对工作环境的振动要求通常有微振、低频等特点,因此准确预测分析列车振动对精密仪器的影响具有一定的难度。结合北京地铁16号线规划通过北京大学西门的工程案例,首次在频域内采用两位校准法进行了远场低频微振动的定量预测研究。研究过程中,利用实测钢轨振动加速度时程计算得到模拟地铁列车荷载;建立北京地铁4号线校准模型,利用实测隧道壁和地表的振动响应对输入荷载、模型参数选择进行校核,确保了模型的预测精度;最后采用校核过的建模方法建立地铁16号线预测模型进行低频振动预测。结果表明:利用该方法得到的地铁列车振动荷载及振动预测模型可以较准确的进行远场低频振动响应预测;地铁16号线地铁采用钢弹簧浮置板后,北大新建实验楼外预测点10~20 Hz频段的振动满足仪器振动要求,但10 Hz以下频段的振动仅满足VC-C标准,需进行实验室或仪器隔振处理。     

城市轨道交通临近建筑的隔振分析

基于车辆-轨道垂向耦合模型获得的地铁轨道路基振动激励,建立了采用粘弹性边界平面有限元地层模型,分析了地面振动响应特点;分析了叠层橡胶垫、圆柱形螺旋港弹簧和碟形弹簧三种隔振元件的力学性能,讨论了建筑基础隔震技术在城市轨道交通领域减振应用的可能性;采用一四层框架作为研究模型,分析了基础隔振框架随结构竖向自振特性变化的振动响应规律,并提出设计建议.分析结果表明:地铁路基荷载一般在10 Hz以下,集中在5 Hz以内,主要表现在低频段;水平与竖向结构动力响应均应考虑;现有隔振元件竖向刚度经过适当调整,或者采用适当的组合形式,是可以满足对城市轨道交通引起的建筑结构振动控制的要求;隔振结构竖向第一自振频率控制在3 Hz-5 Hz范围内.并在隔振层附加5%-10%的阻尼,可以获得70%竖向减振效果.     

基于校准法的地铁振动对西安钟楼影响研究

针对西安地铁振动对钟楼影响案例,建立了#x0201c;车辆-轨道-隧道-土层#x0201d;3维动力有限元模型,研究了行车速度对3个方向地表振动响应的影响:结果显示,降低车速对控制地表速度峰值效果显著。地铁2号线通车后,首次针对重点古建筑防地铁交通微振动控制问题采用#x0201c;输入-输出#x0201d;两位置进行模型校准,测试结果显示,模型输入激励与输出响应均与实测结果吻合良好。校核后的模型用于预测地铁2号线、6号线联合运行下振动响应。比较了拟建6号线3种不同线位,当考虑钟楼微振动控制时,方案2和方案3要优于方案1。     

地铁车辆段咽喉区地面振动传播规律实测与分析

实测广州地铁3号线厦滘车辆段咽喉区直、曲线段列车运行引起的周围地面振动影响,分析列车引起地面振动加速度在时、频域内的传播规律。结果表明,咽喉区直线段在轨道35 m范围内,地面竖向振动加速度级为72~95d B,略大于水平振动加速度级62~95 d B;咽喉区曲线段在轨道25 m范围内,地面竖向振动加速度级为70~98 d B,略小于水平振动加速度级80~98 d B;对地铁车辆段咽喉区临近的环境振动评价时,应同时考虑水平、竖向振动影响;中高频振动随距离增加衰减速度较低频快,咽喉区列车运行引发的振动传递到临近建筑物时主要频率成分为4~60 Hz。建议在车辆段减振措施设计时应重点考虑中低频振动的减振方案;在路基外侧沿轨道方向结合排水设施设置明沟利于减弱车辆段列车运行引发的振动传播。     

地铁运行区域新建建筑全过程实测与数值模拟EI北大核心CSCD

以邻近地铁线路的某新建建筑为例,对从项目动工至建筑封顶过程中的主要节点进行全过程实测,得到地铁经过时自由场地及施工不同阶段建筑内部各楼层的振动数据。建立单体的有限元模型,采用不同的激励输入方式进行数值模拟,并将计算结果与实测结果进行对比验证,以获取既有地铁运行区域拟建建筑施工前振动预测的有效方法。在数值分析过程中,针对环境振动,提出了"原位激励"的概念。分析结果表明:一致激励输入仅适用于建筑平面尺寸较小时进行初步预测;原位激励与多点激励的输入方式计算结果准确可靠,可满足设计各个阶段的振动预测需求;根据不同的需求可分别选择采用原位激励或多点激励的输入方式进行振动预测;采用自由场地实测结果作为输入激励进行振动预测时,可将计算结果根据不同的建筑类型进行修正。该研究成果可对既有地铁运行区域拟建建筑施工前进行振动评价提供参考。     

悬挂式人行桥基频估算及考虑车致振动效应的行人舒适性评价

将人行桥作为车行主桥的悬挂结构,形成一个组合式桥梁,共同解决人车通行问题,然而这种结构形式在主桥车辆荷载激励下人行桥的振动舒适性还有待研究。首先推导了悬挂式人行桥的基频估算公式并通过有限元计算进行了验证,研究表明悬挂式人行桥的基频很大程度上取决于车行主桥的自振特性。采用分离迭代法对某悬挂式人行桥的车致振动响应进行了分析,结果表明车行桥路面粗糙度、车速、车流密度等都会显著影响车辆通过时桥梁的振动响应,车致振动引起的人行桥跨中竖向峰值加速度可达到仅人行激励引起的相应值的一半以上,悬挂式人行桥行人舒适性评价中应考虑会降低其舒适度的车致振动效应的影响。     

地铁运行区域新建建筑全过程实测与数值模拟

以邻近地铁线路的某新建建筑为例,对从项目动工至建筑封顶过程中的主要节点进行全过程实测,得到地铁经过时自由场地及施工不同阶段建筑内部各楼层的振动数据。建立单体的有限元模型,采用不同的激励输入方式进行数值模拟,并将计算结果与实测结果进行对比验证,以获取既有地铁运行区域拟建建筑施工前振动预测的有效方法。在数值分析过程中,针对环境振动,提出了"原位激励"的概念。分析结果表明:一致激励输入仅适用于建筑平面尺寸较小时进行初步预测;原位激励与多点激励的输入方式计算结果准确可靠,可满足设计各个阶段的振动预测需求;根据不同的需求可分别选择采用原位激励或多点激励的输入方式进行振动预测;采用自由场地实测结果作为输入激励进行振动预测时,可将计算结果根据不同的建筑类型进行修正。该研究成果可对既有地铁运行区域拟建建筑施工前进行振动评价提供参考。     

地铁车致隧道与土体振动的高效时-频混合预测方法

提出了一种地铁列车引起的隧道与土体振动的高效时-频混合预测方法。该方法基于两步法开展。通过建立车辆-轨道-隧道-土体2D多体动力学/有限元模型,在时域中获取轨-隧相互作用力;将转化后的作用力施加在2.5D有限元-最佳匹配层模型上,在频域-波数域中求解隧道-土体系统的动力响应。同时,为提高频域-波数域计算效率,提出了波数范围随激励频率变化的高效波数采样方案。数值算例中,依次通过与时域3D有限元方法和传统固定波数域采样方案对比,对所提方法的准确性和高效性进行了验证。结果表明,采用时-频混合方法计算的观测点竖向振动速度时程曲线在波形和幅值上与时域3D有限元方法计算结果吻合较好。就振动速度级而言,时-频混合方法的计算结果略小于时域方法,但两种方法计算结果的相对误差小于3%。同时,所提出的高效波数采样方案能较好地预测不同频率荷载下的有效波数范围。除2 Hz以下低频振动外,高效波数采样方案与传统采样方案计算的观测点竖向振动速度1/3倍频曲线几乎吻合。就计算效率而言,高效波数采样方案计算时间为固定波数域采样方案计算时间的3/5。     

地铁引起建筑物振动评价研究

因为不能直接量测地铁环境中拟建建筑物的振动,介绍基于理论计算分析对地铁运行引起建筑物振动的评价方法。由于地铁隧道底面振动记录资料缺乏,量测困难;列车-轨道-地基系统的模拟不尽完善。针对上海地铁隧道正上方某拟建建筑物的振动问题,建立上部结构的刚性地基有限元模型,输入场地实测地面振动加速度激励,计算结构振动在时域内的响应。利用傅里叶变换,对结构时域内的响应进行频域分析,根据国家标准对地铁引起建筑物的振动做出评价,从而为地铁环境中建筑物防振设计提供依据。     

曲线地段地铁振动对邻近建筑的影响分析

以南昌地铁 1号线圆曲线（曲率半径为 400m）下穿南昌科技大楼段工程背景为依托,建立轨道-隧道-大地-科技楼三维有限元模型,从数值计算的角度分析地铁列车在曲地段运行时引起的环境振动对邻近建筑的影响。结果表明,曲线段地面的振动强度水平向接近竖向,这与直线地段主要以竖向振动为主的振动状态存在明显的差别;科技楼室内水平向振动强度低于竖向,第 1层的振动在 20Hz出现最大值,其它各楼层均在 6.3Hz和 16Hz出现最大值,室内第 1-8层竖向振动 1/3倍频程均超过标准夜间限值,需要作隔振处理;无论在水平向还是在竖向,列车行驶速度越快,振动响应越大,竖向振动在楼层间的变化幅度要小于水平向,水平向的振动最大值出现在底层或顶层;建筑结构基础形式采用桩基础,增大其产生的阻尼、刚度、附加质量,可以减小地铁环境振动的干扰。     

地铁浮置式轨道引起地表振动响应解析预测模型研究

在土层振动传递固有特性的基础上,提出一种针对地铁浮置式轨道型式引起的地表振动响应的解析预测模型。本模型将地铁环境振动的预测问题转化为计算浮置式轨道作用于基底的频域力群和求解土层振动频响函数的问题,然后通过系统合理简化将两部分进行频域叠加运算得出地表振动响应。采用本模型预测了北京地铁4号线浮置板区间地表振动响应,并与实测数据进行对比分析,结果表明:浮置板区间模型预测和地表实测加速度振动主频均为8~10Hz,且频域幅值相当,变化趋势相符;实测Z振级54.0 dB,预测Z振级56.1 dB,预测结果较准确。本频域快速预测模型具有预测速度快、预测精度高、可进行频域预测等特点,是现有环评预测方法的有效补充。