地铁列车运行引起的振动对精密仪器影响的预测研究

采用一种动力有限元数值模型,并结合道路交通现场振动测试,对北京地铁8号线列车运行对邻近地铁线路的某科研楼内精密仪器的振动影响进行了预测研究,并比较了普通无砟轨道和浮置板轨道两种工况下楼内外的振动响应。提出了该有限元模型的网格划分、边界条件、阻尼施加等建模原则,采用实测的钢轨振动加速度计算而来的动态轮轨力作为该模型上的激励力。结果表明：采用该动力有限元模型可以有效地预测地铁列车运行引起的振动;浮置板轨道是一种有效的减振措施,在其工作频段内有显著的减振效果,但对低频振动没有减振效果,而且在其自振频率处还有一定的放大作用;地铁8号线开通后,地铁列车振动再叠加上道路交通引起的振动会对科研楼内部分精密仪器的正常工作造成一定的影响,仪器基座处可采取相应的隔振措施来减小这部分振动。     

地铁列车振动对精密仪器影响的预测研究

以北京某新建地铁线路近距离经过某科研单位为研究背景,对现况道路边和实验室内仪器实验台面的环境振动进行了测试和评估;利用了现场实测与数值模拟相结合的预测方法,该方法考虑了建筑结构、实验台在不同频段下的振动衰减或放大作用,并在1/3倍频程频域下与国际通用的精密仪器防振要求进行比较。采用周期性有限元-边界元耦合方法预测了列车对自由场地的动力响应。基于实测振动响应传递比曲线将楼外振动响应折算到实验台面上,以此评价地铁列车振动对精密仪器的影响。研究结果表明：1）现况道路车流对实验台水平方向振动较大,应采取相应被动隔振措施;2）当列车低速、匀速通过时,振动对仪器影响较小;3）车速大于60km/h匀速通过时,应采用较高级别的减振轨道以确保仪器正常工作。     

地铁列车运行引起的隧道和自由场的动力响应预测

针对地铁列车运行引起的隧道和自由场动力响应的预测,提出一种计算方法。根据移动荷载作用下隧道及自由场的动力响应解,可以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的轮轨接触力。利用此方法对北京地铁4号线北京大学东门站北侧区间地铁列车运行引起的隧道和自由场的振动响应进行了预测,并比较了普通无碴轨道和钢弹簧浮置板轨道的动力响应。结果表明:此方法具有很好的适用性;浮置板轨道具有很好的减振作用,但对低频段振动没有效果。     

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。     

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。     

正交试验下地铁诱发的环境振动影响分析

结合南昌地铁实际情况,采用正交试验的方法,对地铁运行引起环境振动的敏感影响因素进行正交分析。以隧道中心正上方地面点Z振级为评价指标,选取三个因素:减振措施、隧道埋深和列车行驶速度,每个因素分析四个水平,采用正交表,进行16组实验。得出三个因素的显著影响程度依次是隧道埋深、车速和减振措施。在减振措施的四个水平中,从普通整体道床到钢弹簧浮置板的减振效果最好。另外,隧道埋深随着深度的增加影响逐渐减小,从埋深10 m到15 m变化最为显著,而深度到了20 m以后,影响迅速减弱。列车速度由40 km/h增加到60 km/h影响最为显著。同时,利用ANSYS建立了不同参数下浮置板道床的三维有限元模型,对浮置板在不同支座刚度和厚度下进行了模态分析,分析了浮置板的减振频率范围,得出了浮置板减振与它本身的固有频率关系。     

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。     

地铁车轮多边形磨损对浮置板轨道振动特性的影响

车轮多边形磨损是地铁车辆运营过程中经常出现的现象,该现象易导致车辆和轨道结构发生异常振动。针对国内某地铁线路,在现场测试车轮多边形磨损状态基础上,通过测试对比有、无车轮多边形磨损的车辆通过地铁线路减振式钢弹簧浮置板道床段和非减振普通整体道床段时的轨道振动加速度,研究地铁车轮多边形磨损状态对轨道振动大小和减振特性的影响。结果表明：调查的地铁线路列车车轮存在13 阶～17 阶多边形磨损,其粗糙度平均水平为21.3 dB re 1 μm;当存在车轮多边形磨损的列车通过浮置板轨道时,钢轨、弹条、轨枕、道床、隧道壁测点的垂向振动加速度均方根值分别为105.09 m/s2、154.41 m/s2、13.04 m/s2、8.16 m/s2、0.028 m/s2,与无车轮多边形磨损列车通过时相比,振动水平分别增大了137.5 %、145.3 %、105.4 %、111.9 %、75.0 %。车轮多边形磨损对浮置板轨道的道床板及其以上部件振动水平的影响比对普通整体道床轨道的更显著,对浮置板轨道隧道壁振动的影响则小于对普通整体道床轨道隧道壁的影响。存在车轮多边形磨损的车辆通过浮置板轨道时,通过频率为61 Hz～104 Hz,易激发轨道的整体垂向弯曲共振模态,引起道床板振动幅值过大。在运行列车有、无13 阶～17 阶多边形磨损时,钢弹簧浮置板轨道减振量分别为29.33 dB和35.11 dB,车轮多边形磨损的存在降低浮置板轨道的减振效果。     

地铁浮置板轨道系统导纳特性与钢轨波磨关系研究

为了探明钢弹簧浮置板轨道区段波磨发生机理及与轮轨系统参数影响规律。首先基于现场测试的钢轨波磨特征,分析波磨典型波长及其通过频率;其次建立轮对和钢弹簧浮置板轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与浮置板轨道钢轨导纳特性,探讨钢轨扣件刚度、浮置板隔振器刚度与轮对振动模态对钢弹簧浮置板区段钢轨波磨的影响规律。结果表明（：1）钢轨扣件刚度对波磨发生和发展有重要的影响。钢轨扣件刚度越低,将激发钢轨较大的振动,在特定频段上过大的钢轨振动会导致对应波长的波磨加剧,进而加速波磨的发展。（2）从轮轨系统模态分析,358 Hz的钢轨横向弯曲变形频率与测试线路产生特征波长为31.7 mm波磨引起的轮轨振动频率较为接近;可通过采取减振措施来抑制轮轨系统在358 Hz处的横向振动响应,会相应地减缓钢轨磨耗。     

济南2号线地铁列车运行引起环境振动测试分析

为了解济南地区地铁运营产生的环境振动特性,分别在地铁车站、区间地面及邻近建筑物不同位置处设置测点,全面测试地铁2号线运行引起的环境振动情况,分析不同测点振动响应的时频特征,探讨地铁环境振动在地面及不同结构物中的传播规律。研究表明：随与地铁隧道距离的增加,环境振动周期性逐渐减弱,地铁车站、区间地面及邻近建筑物内振动水平分布介于0.09 mm/s～0.72 mm/s、0.11 mm/s～0.64 mm/s以及0.07 mm/s～0.15 mm/s之间;地铁车站和邻近建筑物内振动频率成分较区间地面更为丰富,体现土体的材料阻尼和结构物激发中高频振动的作用。不同场地及建筑物内振动传播规律不同,建筑物基础和底板起到隔振减振作用。研究成果使现有地铁环境振动实测结果数据得到进一步充实,可为类似地层数值计算提供验证。     

关于上海地铁一号线轨道高低不平顺问题的探讨

对上海地铁一号线地铁车辆的车箱振动进行现场实测,得到不同区间段的地铁车厢振动加速度;采用上海地铁一号线车辆参数,建立整车模型,通过时域数值计算,分析得到了不同轨道谱输入下的地铁车厢垂向振动加速度和轮轨垂向力,并同实测的地铁车厢垂向振动加速度进行比较,初步探讨了上海地铁一号线的轨道高低不平顺问题。     

浮置板轨道横向振动的谐响应分析

建立浮置板轨道横向运动的数值模型，并考虑钢轨的扭转变形，得到钢轨轨头部以及浮置板在谐振作用下的横向位移响应以及钢轨扣件、钢弹簧的支承力。同时在ANSYS中建立浮置板轨道的有限元模型，与数值模型相对比，得到的结果相吻合。对数值模型在不同激励力和不同的支承条件下进行谐响应分析，得到钢轨和浮置板在0-500Hz频段内的横向运动状态。     

基于浮置板轨道的轮轨振动仿真分析

计算分析浮置板参数对噪声和振动的关系,为浮置板参数的工程设计提供参考.以考虑不平顺度的轮轨振动模型为基础,采用ANSYS有限元分析软件,模拟列车动载荷作用下浮置板轨道结构的瞬态响应.分别对不同的浮置板隔振器刚度和阻尼进行计算分析,确定其参数对振动和噪声的影响.计算分析表明,浮置板轨道结构对减小振动和噪声十分有效,其刚度和阻尼参数对减小轨道振动和基础反力有不同的效果.     

预制式轨道板的纵向布置对轨道交通中车辆振动特性的影响

在对具有轨道板结构的无碴轨道分析基础上，建立了预制式轨道板结构的力学模型，即刚体模型。通过对分布式轨道板结构不同的纵向布置对车辆系统的振动响应影响分析，得到了高架桥无碴轨道中预制式轨道板的合理布置方式。     

用薄层法分析高架轨道交通引发的环境振动

薄层法是分析和模拟弹性波在层状介质中传播的一种半解析半数值方法。将由车辆一桥梁动力分析程序算得的高架轨道支架动反力作为支架的激振荷载。在支架上激振荷载作用下，利用薄层法计算位于上海典型场地上的高架轨道线路承台群桩基础周围地基的频率响应函数。根据频率响应函数和激振荷载可算得高架轨道线路周围场地的加速度响应及振级。分别采用单支架模型和多支架模型计算高架轨道交通引发的环境振动。振级计算结果与实测回归公式的比较表明，多支架模型中相邻基础的影响不大，实用时可采用单支架模型进行计算。本文提出的高架轨道交通环境振动分析模型可以应用于高架轨道交通引发环境振动的分析和预测。     

Failures of cranes due to wind induced vibrations

Self-excited vibrations with large amplitudes in natural wind may occur at slender structural elements with low damping. Because of the different designs (e. g. using solid sections today instead of cables for tension elements in the past) the susceptibility to wind induced oscillations has increased. Those wind induced vibrations of profiles with specific cross section geometry which are motion induced and therefore self-exciting are called “galloping vibrations”. Especially systems with elements that are highly tensile loaded and undamped, like hangers of bridges or tension bars of cranes, are sensitive to wind induced vibrations. Therefore more and more fatigue problems caused by galloping oscillations have occurred in the 1990s. This paper describes exemplary the collapses of two modern cranes of different design and manufacturers. During standstill periods, both cranes suffered from wind induced vibrations of the tension bars, which bear up the counterweights. The failure analysis process to identify and explain the fatigue fractures as well as the comparative experiments and simulation to verify that they were caused by wind induced galloping-vibrations is described. It is shown, which parameters led to galloping-vibrations of the tension bars and how their onset wind speed and the amplitudes can be estimated with more accuracy by a non-linear and non-stationary approach. Furthermore it is shown that such dynamic stresses caused fatigue failure of the tension bars for the counter weights and subsequently collapsing of the cranes.For loss prevention knowledge and results gained by these investigations should be put at disposal to engineers working on this field of design. In the meantime, a contribution to development of appropriate technical standards on structural steelwork was given by the research works on galloping. Although new standards were introduced, which consider wind induced vibrations, such failures still occur. (Reference to the paper “Fatigue crack in railway bridge hanger due to wind induced vibrations – failure analysis, measures and remaining service life estimation” in this same Special Issue “A tribute to A. Martens” 2014).     

浮置板橡胶减振支座疲劳老化特性试验研究

通过试验手段对疲劳荷载这一影响橡胶支座时效特性的最主要因素加以研究。与一般的疲劳试验不同,所述的时效特性试验并非校验试验,而是在疲劳试验进程中,定期采集橡胶支座的载荷-变形数据,进而得到橡胶支座的等效动刚度及等效阻尼比等重要参数与试验持续时间的变化关系。如果将加速疲劳试验时间折算到正常工况下的工作年份,便可以得到橡胶支座的物理力学特性与工作年份的变化关系。     

地铁隧道钻爆施工地表振动速度特征研究

为了研究地铁隧道爆破振动规律并有效地控制爆破振动危害,对贵阳地铁二号线一期工程隧道爆破开挖进行实时监测,然后对监测数据进行回归分析,计算出爆破地震波衰减系数α和k值,并利用大型有限元软件LS-DYNA对爆破施工进行数值模拟,结果表明:用萨道夫斯基公式对地铁隧道掘进的地表振动速度进行拟合时,隧道掘进前方比掘进后方的相关性较好,数值模拟计算所获得的地表振动速度规律与现场监测结果基本一致,地铁隧道掌子面后方已开挖区的地表振动速度存在放大现象。因此,在进行爆破施工方案设计时,必须考虑已开挖区的地表振动速度放大的影响,保障掌子面后方地表建筑物的安全。