轨道-箱梁结构振动传递的模型试验研究

以京沪高铁常用的32 m无砟轨道箱梁结构为原型进行了模型试验,其中模型为轨道-箱梁结构。根据1/10的几何相似比,介绍了试验模型各结构的设计与制作过程,荷载激励由激振器施加。试验结果表明:轨道板振动在500-1024 Hz频段内衰减缓慢,底座板和顶板振动在0-1024 Hz频段内衰减较快;振动由顶板传递至翼缘板的过程中衰减最小,腹板其次,振动由顶板传递至底板的过程中衰减最大;腹板和底板振动在0-1024 Hz频段内中高频段衰减快。在0-1024 Hz频段内,轨道板振动沿纵向衰减很小;在670-1024 Hz频段内,底座板振动在跨中至四分之一截面的范围内衰减很大,在四分之一至端部截面的范围内衰减较小。在700-1024 Hz频段内,翼缘板振动在跨中至四分之一截面的范围内衰减较大,在四分之一至端部截面的范围内衰减较小。支座刚度值对轨道-箱梁跨中结构振动有一定影响,但影响很小。支座刚度值对隔振有一定影响,具体影响与分析频段有关。     

纵向轨枕长度对梯式轨道减振性能的影响

为研究纵向轨枕长度对梯式轨道减振性能的影响,在现有纵向轨枕长度(6.15 m)的基础上,设计了另外两种纵向轨枕长度(3.65 m和8.65 m)。通过有限元软件Ls-Dyna建立不同纵向轨枕长度的梯式轨道模型,并通过实验室测试,验证其正确性。分析结果表明:纵向轨枕长度为6.15 m的梯式轨道(1)时域内,具有最小的基底振动加速度峰值;(2)1 Hz~200 Hz频段,具有最小的基底振动加速度峰值(峰值频率为49 Hz);(3)除1 Hz~5 Hz频段外,传递损失均大于纵向轨枕长度为3.65 m的梯式轨道传递损失。1.6 Hz~2.2 Hz频段以及7.6 Hz~200 Hz频段,传递损失大于纵向轨枕长度为8.65 m的梯式轨道传递损失。     

软土与岩层地质下地铁隧道振动传递特性分析

在软土和岩层不同地质条件下采集列车通过时隧道壁及隧道上方地面距隧道中心线水平距离为0、15 m和30 m处的垂向振动，经过Fourier 变换和1/3 倍频程处理得到振动的频谱特性，分析不同频段振动的传递损失。结果显示，对于软土地质和岩层地质，在传递过程中都存在两个振动峰值；振动从隧道壁传至地面0 m时，软土内高频振动衰减较大，岩层内低频振动衰减较大；在地面传播过程中，对于软土地质，在15 m处出现振动放大现象；在30 m测试距离内，12.5 Hz 以下的低频振动在两种地质条件下均衰减较小，在30 m处40 Hz 以上的振动在两种地质条件下均衰减较大，此研究结果可为不同地质条件下地铁线路上部建筑减振及地铁线路规划提供参考。     

车速对曲线段组合式道床系统振动特性影响分析

为研究地铁车速对曲线段组合式道床系统振动特性的影响,对比分析地铁列车平均车速为20 km/h、40km/h 和60 km/h 工况下,曲线段组合式道床系统时域和频域的现场测试结果,分析结果表明：行车速度对曲线段组合式道床系统轨道结构垂向位移影响不大;低轨侧的轨道结构时域振动幅值均大于高轨侧;车速由20 km/h 增至60 km/h时,曲线段组合式道床系统低轨侧钢轨、轨道板和隧道壁的垂向振动加速度幅值分别提升14.7 dB、7.6 dB和8.6 dB,高轨侧幅值分别提升12.2 dB、8 dB 和8.4 dB;车速的提高主要增大了轨道结构63 Hz 以下和250 Hz 以上频段的振动,对80～200 Hz频段的振动影响不大;谐振盖板阻尼谐振器能降低组合道床在20～40 Hz频率范围内的垂向振动;车速为60 km/h时,组合式道床系统结构在1 Hz～25 Hz频段的振动显著增加,具体原因有待进一步研究。     

减振扣件对隧道-地表振动影响实测分析

为研究减振扣件对地铁隧道-地表环境振动的减振效果,对普通扣件和减振扣件下列车运行引起的隧道结构和地表振动响应进行现场实测分析,针对减振扣件和普通扣件得到以下结论:(1)减振扣件能明显降低钢轨的水平向振动,采用浮轨扣件后会使得钢轨的垂向振动明显增大;(2)减振扣件能明显控制隧道内结构的振动。对于隧道内振动控制效果,浮轨扣件效果更好。当采用减振扣件后,会出现道床和轨枕处的固有频率向低频偏移的现象,且会造成低频放大;(3)对于地面测点,由于低频振动在土层中的衰减较弱,会导致对与地面测点,双层非线性扣件加速度有效值和加速度峰值小于浮轨扣件。两种扣件均满足规范限定要求,在2 Hz～50 Hz频段范围内双层非线性扣件的加速度级小于浮轨扣件,双层非线性扣件的固有频率出现在63 Hz,浮轨扣件的固有频率出现在20 Hz说明两种扣件对于地面控制频段范围存在差异。     

基于薄片有限元-无限元耦合模型的地铁列车振动环境影响分析

鉴于地铁运营引发隧道及地层沿线路纵向的振动水平及特性不甚明确,应用薄片有限元-无限元耦合模型对地铁列车运营引发隧道基底、隧道壁及地表在垂直于线路的水平方向、铅垂方向及线路纵向三个方向上的振动响应进行高精度分析及比较。分析结果表明:(1)地铁列车运营引发横向、垂向及纵向三个方向6 Hz以下的低频振动在地表均衰减得极其缓慢,且地表三个方向的振动速度、加速度响应具有相似的频率成分;(2)列车运营引起隧道壁的纵向振动响应在1~100 Hz频段内较小,在该频段内的大部分频率点处,其响应甚至小于地表的纵向振动响应;(3)在隧道基底及隧道壁,由列车运营引发的纵向振动响应在1~100 Hz频段以内显著小于由其引发的垂向振动响应,但在地表,由列车运营引发的纵向振动响应具有同横向、垂向响应相当的量值。     

地铁车辆经过不同轨道结构时对地面振动的影响研究

在列车正常运行条件下对某地铁曲线路段钢弹簧浮置板道床、科隆蛋和普通扣件轨道结构段的隧道壁振动和地面垂向振动进行现场测试,通过时域和频域分析对比地铁经过时不同轨道结构段振动从隧道壁传到地面以及地面垂向振动随距离的传播规律。结果表明:振动从隧道壁传至地面时200 Hz～500 Hz频段衰减较快,且地面垂向振动主频在100 Hz以内,隧道壁振动主频在300 Hz以内;钢弹簧浮置板道床和科隆蛋结构段的地面垂向振动随着离开线路中心线距离的增加而减小;在普通扣件结构段距线路中心线30 m左右处存在一个振动放大区;列车经过时轨道线正上方0～30 m范围内垂向振动的峰值频率主要在40 Hz至63 Hz。该测试方法和研究结果可为地铁线路设计提供相应参考。     

钢弹簧浮置板中低频振动特性分析

为了探究高架线路上钢弹簧浮置板减振轨道在外激励作用下的振动特性,建立了钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥三维有限元模型,以美国六级谱激励下的轮轨力作为输入,对钢弹簧浮置板减振轨道的振动特性进行了系统的研究;在此基础上,分析了不同刚度的钢弹簧对在整体轨道结构振动的影响。研究结果表明：浮置板结构的振动特性以纵向上的弯曲振动为主,同时存在不均匀分布的局部振动特性,因此利用三维有限元模型才能很好的研究浮置板结构的整体和局部振动特性。整体轨道结构在中低频段的振动明显,其中钢轨的主振频率集中在200-250Hz以及425-475Hz;浮置板在150Hz以下的低频段振动密集,主振频段与钢轨一致,但在425-475Hz的振动幅值与低频段相近;浮置板在主振频段的弯曲振动不是规则的同幅值正弦形式,其幅值呈逐渐递增或递减分布。钢弹簧刚度对钢轨50Hz以下的振动频率分布有一定的影响;主要影响浮置板结构的整体振动形式,在频率较低时对振动幅值及局部振动形式也有较大的影响。     

钢弹簧浮置板中低频振动特性分析

为了探究高架线路上钢弹簧浮置板减振轨道在外激励作用下的振动特性,建立钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥三维有限元模型,以美国六级谱激励下的轮轨力作为输入,对钢弹簧浮置板减振轨道的振动特性进行系统的研究;在此基础上,分析不同刚度的钢弹簧对整体轨道结构振动的影响。研究结果表明:浮置板结构的振动特性以纵向上的弯曲振动为主,同时存在不均匀分布的局部振动特性,因此只有利用三维有限元模型才能很好地研究浮置板结构的整体和局部振动特性。整体轨道结构在中低频段的振动明显,其中钢轨的主振频率集中在200 Hz～250 Hz以及425 Hz～475 Hz;浮置板在150 Hz以下的低频段振动密集,主振频段与钢轨一致,但在425 Hz～475 Hz的振动幅值与低频段相近;浮置板在主振频段的弯曲振动不是规则的同幅值正弦形式,其幅值呈逐渐递增或递减分布。钢弹簧刚度对钢轨50 Hz以下的振动频率分布有一定的影响;主要影响浮置板结构的整体振动形式,在频率较低时对振动幅值及局部振动形式也有较大的影响。     

高速铁路轨道-桥梁-土体系统的振动传递特性试验研究

针对列车在250～385 km/h高速运行时的轨道、桥梁和地面振动开展现场测试。分别采用连续小波变换、1/3倍频程分频振级和环境振动评价标准对测试数据进行分析,研究振动自轮轨接触处产生,在轨道、桥梁和土体中的传递特性。结果表明:各测点的振动响应均表现出冲击振动特性,地面振动的峰值频率受列车周期性轮轴激励频率和轮轨力峰值频率的影响;桥梁、地面振动响应受到相邻两节车的影响,故建模分析时可仅考虑少数几节车;箱梁、墩顶和地面的总体振动加速度级随车速的增加率分别为0.33、0.52和0.22 dB/(10 km/h);箱梁和墩顶振动的优势频段为31.5～125 Hz,地面振动的峰值频率为40～50 Hz;地面振动随距离的衰减规律符合3次多项式,在测试车速范围内,距离桥墩15 m之外的地面总体Z计权振动加速度级小于80 dB。     

车辆荷载引起地面振动的实测研究

对行驶重载卡车引起的地面振动进行现场实测,从加速度峰值、频谱和振级上分析了振动的衰减情况,并用两种方法讨论了扣除背景振动的振级,然后用基于最小二乘原理的模式搜索法拟合出了振动的衰减公式。研究表明：卡车引起的振动主要以垂向为主,随着振源距离的增大,振动逐渐衰减,而且振动在较近的距离内衰减很快,高频部分几乎可以完全衰减,而低频部分的振动随着距离振源的增大,衰减相对较缓,甚至在100米处还有其残余振动。     

成灌快铁桥墩处环境振动测试分析

为研究桥墩处的环境振动特性,采用现场实测的方法对成灌快速铁路桥墩处环境振动进行测试。分析桥墩处环境振动的时程曲线、频谱曲线数据,初步得出地面竖向环境振动特性,并采用回归分析方法,拟合出竖向振动的衰减公式。结果表明:随着距线路中心距离的增加,振动加速度逐渐减小,地面振动持续时间较短,约为6 s;环境振动在衰减过程中,近振源处的衰减速度大于远振源处的衰减速度;环境振动的能量主要集中在10 Hz~63 Hz之间;桥墩处的竖向环境振动最大值符合指数衰减规律。     

地铁车辆段列车动荷载特性实测研究

对车辆段内咽喉区、试车线和运用库的地铁列车荷载进行了实测,获得了其时频特性。基于不同线路条件、行车速度下的实测结果,分析了地铁列车荷载特性的主要影响因素。研究结果表明：地铁列车通过时,咽喉区轨枕的铅垂向加速度幅值为10~15m/s2,荷载以高频成分为主,主频段为60~150Hz;试车线轨枕的铅垂向加速度幅值为5~6m/s2,荷载主频段为60~100Hz;运用库的振动量值较小,实测的铅垂向加速度幅值为1~2 cm/s2,荷载的主频段为30~50Hz。对地铁车辆段列车,与行车速度相比,列车荷载振动量值对线路的平顺度更为敏感。     

地铁产生的环境振动及轨道结构减振分析

以南昌地铁1号线八一广场段为工程背景,对轨道-隧道-大地的三维有限元模型进行动力学分析。分别建立三种道床模型：整体道床、弹性支承块道床和钢弹簧浮置板道床。以振动加速度、1/3倍频程振动加速度级和Z振级作为评价指标,比较不同轨道结构下隧道壁及地面的振动响应。随之减振道床支承刚度的变化,分析道床的自振频率对减振效果的影响。计算表明：列车引起的地面振动主频在40 Hz附近;减振道床的自振频率对减振效果有较大影响;钢弹簧浮置板道床减振效果明显优于弹性支承块道床。     

地铁车辆段不同区域振动特性对比分析

基于广州某车辆段的现场实测,分析了列车运行引起试车线、咽喉区、检修线区域的振动特性差异,总结了三类区域振源的衰减规律,并用统计学方法对比各组测试数据的离散特性,最后对车辆段内各区域进行了环境影响评价。研究结果表明:试车线引起地面垂向振动的主要频率为60～80 Hz,咽喉区地面垂向振动主要频率为50～60 Hz,库内检修线地面垂向振动主要频率为20～40 Hz;从各工况Z振级拟合曲线可以得出,试车线列车荷载引起的近地点振源强度最大,咽喉区次之,检修线最小;在咽喉区,相对于采用混凝土轨枕的轨道,采用聚氨酯轨枕的轨道引起地面振动明显增大且衰减较慢,轨道结构及道床应进行减振优化。按照GB 10070-88标准,试车线距振源5 m内的振动超过限值,咽喉区距振源10 m内的振动超过限值,而检修线在2.5 m外区域的振动均满足限值要求。     

苏州轨交1号线隧道内振动传递测试与分析

在苏州轨道交通1号线滨河路至塔园路上行隧道内,采用锤击法分别测试短轨枕断面（III型减振器扣件+短轨枕式整体道床）和长轨枕断面（普通扣件+长轨枕式整体道床）钢轨上激励点至钢轨、轨枕、道床以及隧道侧壁的振动传递。测试结果表明,扣件对于钢轨振动的衰减主要体现在小于100 Hz的低频段,而轨枕对频率大于100 Hz的振动有相对好的衰减效果。对比两个断面中钢轨测点至道床的传递函数,III型减振器扣件+短轨枕式整体道床具有更好的减振效果,在40 Hz～80 Hz频段的振动峰值衰减10 dB左右。     

河床式水电站副厂房GIS室隔振研究

结合某河床式水电站实际工程,采用有限单元法,对尾水管内水流脉动压力作用下阻尼弹簧隔振装置对副厂房GIS室的振动影响进行了研究。结果表明：GIS室楼板由隔振弹簧支承于梁柱上后,对副厂房整体结构的振动特性影响很小,GIS室楼板与其支承结构的振动特性差异明显;当隔振系统自振频率在3.5~4.5Hz时,隔振措施能兼顾隔离低频和高频脉动压力的振动影响,特别是能有效减小因高频脉动压力引起的高振动速度和加速度,对结构振动控制十分有利。     

CRTS III型板式无砟轨道桥梁段环境振动测试分析

为研究CRTS III型板式无砟轨道环境振动特点,对成灌铁路某桥梁段地面振动进行现场测试,分析不同测点地面振动加速度时程特点、频谱特征,并进行1/3倍频程分析和Z振级的衰减分析。结果表明,列车以180 km/h速度通过时,地面振动持续时间约6 s,距线路中心10 m处振动峰值加速度为60 mm/s2;在10 m处振动频谱分布范围在20～90 Hz,高频振动随距离衰减更快,大于20 m处振动主要以15～45 Hz为主;地面振动Z振级的衰减符合对数衰减规律。     

振动压路机作业引起地基振动的解析法研究

利用Shah函数和Heaviside阶跃函数描述振动压路机在时间和空间上的间隔冲击作用,并将荷载函数代入弹性半空间的动力控制方程进行联立求解。利用三重Fourier变换推导出频率-波数域的解析解,然后反演到时间-空间域。通过数值算例,研究了振动压路机引起地基振动的衰减规律和频谱特征,并考察了压路机激振频率、名义振幅和行驶速度对地基振动特性的影响。研究表明：压路机激振频率对地基振幅影响甚微,但对地基振动频率分布产生很大影响,激振频率越大,地基振动的峰值频率数越多,峰值频率分布的频带越宽;压路机名义振幅对地基振幅影响显著,名义振幅越大,地基振幅则越大,但名义振幅对地基振动频率没有影响;随着压路机行驶速度增大,地基振幅先增大后减小,拐点出现在5 km/h附近,激振频率越大,地基振幅在低速阶段的增幅越明显。     

沌阳高架桥爆破拆除塌落引起的地面振动特征

利用实测结果分析了桥梁爆破拆除塌落引起的地面振动加速度特征,结论如下：桥梁塌落地面振动加速度峰值随距离增大而降低,竖向分量加速度峰值显著大于水平分量,随距离增大差别变小;测线1的地面振动加速度峰值频率随距离增加呈指数降低趋势,受叠加效应影响,测线2和测线3的地面振动加速度峰值频率随距离的变化规律不明显;测线1的切向振动分量的峰值频率最高,测线2次之,测线3最低;地面振动加速度持时随距离增加而变长,水平分量持时大于竖向分量;减振措施在降低爆破塌落振动峰值的同时也会降低地面振动峰值频率、延长其持时;多个桥联连续塌落产生的叠加效应使得地面振动加速度峰值增加、峰值频率降低,不利于建筑结构安全。