聚氨酯硬泡连续屏障近场隔振效果分析

传统的连续屏障在缓解环境振动方面已取得比较理想的效果,但其整体稳定性差,对低频的隔振效果不佳。基于此背景,提出了锚杆约束的聚氨酯硬泡连续屏障。通过有限元数值分析方法,对聚氨酯硬泡连续屏障和混凝土连续屏障分别在地面简谐激励和桩振源简谐激励作用下的近场隔振性能进行研究。研究表明:地面振源激励下,混凝土连续墙和聚氨酯硬泡连续屏障对中高频振动有较好的隔振效果,混凝土连续墙对低频(10 Hz)振动隔振效果不佳,聚氨酯硬泡连续屏障对5 Hz~10 Hz的低频振动有很好的隔振效果;桩振源激励下,两种屏障的隔振效果比地面振源激励时效果更好,两种屏障对中高频振动及5 Hz~10 Hz的低频振动有较好的隔振效果。     

管桩屏障在柱面波源下近场隔振效应的解析求解

基于波函数展开法表示柱面波源自由场,首次提出了一种求解柱面波源下管桩屏障对弹性波隔振效应的解析方法。方法首先考虑柱面波源与管桩屏障的位置关系,采用波函数展开法对入射柱面波进行了0阶Hankel展开表示,并采用任意坐标系间变换的Graf加法定理在任意桩体坐标系中表示,将入射波场和散射波场叠加后通过满足所有桩体的边界条件以求解所有桩体的散射波场。该解析方法分析了柱面波源入射下群桩屏障的隔振效果,首次在排桩隔振问题中考虑了入射波曲率的影响,为柱面波的散射问题提供了理论解答。该文重点讨论了入射波曲率、管桩个数和桩排数等因素对管桩隔振效果的影响,结果表明:整体上管桩屏障对柱面P波的隔振效果优于柱面SV波;柱面波源距离管桩屏障更近时排桩后场地的位移反应显著增大;相比平面波,柱面波源作用下排桩数量的提升对隔振效果的影响较小;三排管桩屏障比两排管桩屏障隔振效果更强,更宜采用三排管桩屏障进行柱面波源的隔振。     

列车荷载作用下混凝土排桩主动隔振研究

为了研究混凝土排桩作为地基中主动隔振屏障时，桩屏障后地基深处隔振变化规律，运用有限元软件建立轨道-路基-地基三维模型；以振幅降低比作为隔振效果评价指标，将排桩的桩长、埋深及桩间距作为影响地基深处隔振效果的研究变量，分析结果表明：通过增加桩长、减小埋深以及减小桩间距等方式是降低路基边坡处振动的有效措施；随着桩长增加，地基深度方向隔振效果变好，桩长为15 m时，地基深度方向整体隔振效果已较优；埋深变化对地基深度方向隔振效果影响较明显，埋深越大，地基深处隔振效果越差，当埋深为5 m时，深度方向隔振效果已较差，减小埋深是提升深度方向隔振效果的有效措施；随桩间距越大，地基深度方向隔振效果越差，布置桩时，适当减小桩间距有利于降低列车诱发的深度方向的振动。     

饱和土中夹水混凝土复合式隔振屏障的隔振分析

构建了饱和土中夹水混凝土复合隔振屏障计算模型,通过引入势函数及利用饱和土与混凝土及混凝土与水交界面的连续性边界条件,求解了P波穿过隔振屏障后位移振幅衰减系数的解析解。研究结果表明,屏障的隔振效果与入射波的入射角有关,入射角在14°左右时,屏障的隔振效果最差,之后随入射角的增大,隔振效果总体越来越好;垂直入射时,屏障隔振效果随混凝土层厚及水层宽度增加先减弱后增强,随混凝土弹性模量及泊松比的增加而减弱;入射角为30°时,隔振效果随混凝土厚及水层宽度增加先增强后减弱,当混凝土厚和水层宽为入射波波长的1倍和0. 3倍时,位移振幅基本衰减为0,随混凝土弹性模量及泊松比的增加,隔振效果增强,且弹性模量对隔振效果影响更为明显,泊松比影响不大;随入射波频率增加屏障的隔振效果总体越来越好。     

SV波入射下多重散射问题的改进算法以及双排非连续刚性屏障的隔振研究

摘 要：相比起Aviles等学者的单排非连续刚性屏障隔振理论,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开表达式来研究弹性波的多重散射问题,结合位移连续的边界条件,并引入更具一般意义上的Graf加法定理,推导了无限均匀介质中任意分布的多个刚性圆柱体对于平面SV波入射时散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于相平行的两条直线上,则问题演变成为双排刚性桩屏障对于平面SV波的隔离问题。重点讨论了两排桩之间的间距h对屏障整体隔振效果的影响及其他的一些隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。     

任意排列的弹性实心桩屏障对平面SH波的多重散射

为了弥补以往假设单重散射的计算方法中不考虑桩列作为整体屏障从而忽略桩间互相干涉关系的不足,提出了一种新的理论计算方法以求解任意直径、任意排列的弹性桩对入射平面SH波的多重散射。通过桩土界面的位移、应力连续条件可以求得待定的多重散射系数。多重散射中,每根桩的第一重散射即为通常的单重散射;第二重散射可表示为该桩被其余桩的第一重散射波之和所激发的散射波;以此类推至无穷多重散射。将无限重散射叠加即任意直径、任意排列弹性桩对平面SH波的多重散射的精确解。随后数值算例分析讨论了不同散射重数、剪切模量、桩间距以及桩数等对单排弹性桩屏障隔离效果的影响,绘制了屏障后的无量纲位移曲线,并引入透射系数来评价非连续弹性桩屏障的隔振效果,对实际工程中的振动污染治理和屏障隔振设计提出了有意义的结论和建议。     

SH波入射下多重散射的改进算法及任意桩布置形式的隔振研究

引入位移连续的边界条件并结合Graf加法定理,得到了任意分布的多个圆柱体对于弹性波入射时散射系数的理论解析解。随后,将此任意分布的多个圆柱体重新分布在相平行的两条直线上,该问题演变成为双排非连续屏障对于弹性波的隔离问题。引入无量纲位移概念来研究屏障的隔振效果,即屏障后某处土体由入射波和散射波引起的总的位移幅值与未设置屏障时由入射波在该处土体单独引起的位移幅值的比值。重点讨论了屏障的排间距h和桩间净距Sp对整体隔振效果的影响。特别地,当h=0时,该问题退化为常见的单排非连续屏障的隔振问题。     

蜂窝状空腔屏障隔振效果分析

设空腔壁完全自由(应力为零),用正六边形与圆孔保角变换法及波函数展开法,获得蜂窝状空腔屏障对SV波隔离的二维平面问题理论解,通过引入屏障后竖向位移与入射平面SV波竖向位移幅值比值分析SV波入射频率、屏障排数及整体宽度等对屏障隔离效果影响。结果表明,屏障对高频率SV波隔离效果好于低频率SV波;靠近屏障边缘区域隔离效果好于中心区域;屏障对SV波隔离效果随屏障整体宽度增长、排数增多明显提高;综合隔离效果、施工、维护费用等因素,三排蜂窝状空腔屏障为隔振设计最佳选择。通过对比获得3种屏障隔振效果大小关系,即三排蜂窝状空腔屏障介于空沟与三排多排柱腔屏障之间,接近空沟。     

饱和地基水泥土复合桩近场主动隔振的BEM-FEM耦合分析

人工振动污染是当前城市发展过程中面临的一个难题,单排或多排桩是人工振动污染防治的一种重要方式。传统基桩施工容易造成泥浆污染、振动等各种负面环境问题,而水泥土复合桩是一种低振动、低噪声、无挤土、少排泥浆的新型基桩,特别适合在城区构建排桩屏障。针对饱和地基中单排水泥土复合桩的近场主动隔振问题,建立了动力机器基础环境振动影响的半解析BEM方程;在此基础上,分别采用半解析BEM对饱和地基、FEM对水泥土复合桩进行建模,根据饱和地基-水泥土桩接触面的平衡和相容条件,建立了水泥土复合桩近场主动隔振的半解析BEM-FEM耦合方程,给出了耦合方程稀疏矩阵的存储策略,并对单排水泥土复合桩的近场主动隔振效果进行了计算分析。研究结果表明：单排水泥土复合桩能够有效地对动力机器基础引起环境振动进行隔振;等长芯桩复合桩的隔振效果要优于短芯桩。单排水泥土复合桩的隔振效果随着桩数的增加而逐渐提高;较小桩间距并不一定取得更好的隔振效果,建议相邻桩桩间净距取2.0～2.5λ_R(Rayleigh波波长)。随着单排水泥土复合桩距振源距离的增加,屏障隔振效果逐渐降低,但降低幅度相对较小。此外,对水泥土复合...     

刚性空心管桩屏障对P波和SH波的隔离效果研究

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩-土界面处总应力和扭矩平衡的边界条件,得到单排非连续刚性空心管桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解。引入无量纲位移和透射系数等概念,绘制了不同壁厚的刚性空心管桩屏障后的无量纲位移等值线、透射系数随管桩间距的变化曲线以及不同数量的管桩组成的屏障后的无量纲位移变化曲线等图件,通过进一步的分析得出单排非连续刚性空心管桩屏障的隔振效果随着管桩间距和壁厚的减小而提高、最佳隔离区域随着管桩数量的增多而增大等重要结论,为非连续刚性屏障的隔振设计提供了理论依据。     

上海自由电子激光工程隔振沟减振数值分析

摘要 通过运用ANSYS软件,建立了上海自由电子激光（SFEL）工程隔振沟的三维有限元模型,分析了隔振沟在不同位置、深度、宽度以及填充材料时的减振效果。为了避免模型边界处振动波的反射对计算结果的影响,有限元模型上施加了人工边界。计算结果表明：隔振沟深度是影响减振效果的主要因素,随着隔振沟深度的增大其减振效果逐渐增强, 建议SFEL工程隔振沟的深度为30m;隔振沟的位置应尽量靠近SFEL建筑;而隔振沟宽度对其减振效果影响不大;以较硬材料（如混凝土）作为填充材料的隔振沟比以较软材料（如橡胶）有更好的减振效果。     

复杂截面周期性隔振桩带隙特性构型影响因素研究

提出带隙特性丰富的蜂窝截面、正交截面和X截面三种周期性隔振桩,采用平面波展开法对三种隔振桩进行频散及带隙分布展开研究,揭示平面内和平面外首阶完全带隙的起始频率、截止频率以及带宽随构型影响因素如周期常数、填充率以及控制尺寸变化的规律,为该类型排桩应用及设计选型提供理论依据。研究表明:降低周期常数可以增加三种隔振桩平面内和平面外的首阶带隙带宽,但是也会提高它们首阶带隙的起、止频率;增大填充率可以增加蜂窝截面隔振桩平面内和平面外首阶带隙的带宽,也会提高首阶带隙的起、止频率;正交截面隔振桩和X截面隔振桩首阶带隙伴随填充率变化规律不明显,二者的几何控制尺寸更复杂、带隙调节能力更丰富。     

弹性波多重散射的改进算法及双排刚性桩隔振研究

同Aviles等学者传统的多重散射隔振理论相比较,采用更为完整的Fourier-Bessel函数系的级数展开式来研究波的散射问题,同时,结合更具一般意义上的Graf加法定理,并引入连续性边界条件,得到了任意分布的多个刚性圆柱体关于平面SV波入射下散射系数的理论解析解。随后,取所有的圆柱体位于两条相平行的直线上,该问题演变成为双排非连续刚性屏障对于弹性SV波的隔离问题。引入无量纲位移和屏障后透射系数的概念,重点讨论了屏障双排桩之间间距h的影响以及屏障其他一些隔振性状。特别地,当h=0时,该问题退化为单排非连续刚性屏障的隔振问题。     

饱和地基中单排桩远场被动隔振研究

针对均质饱和地基中单排桩远场被动隔振问题,基于饱和多孔介质的边界元法,建立了以薄层法(TLM)基本解作为动力Green函数的饱和土半解析边界元法,该方法可有效分析饱和半空间的动力问题,是解决土-结构动力相互作用问题的一种有效工具。在此基础上,根据排桩与周围土体的邻接条件,推导得到了单排桩对Rayleigh波散射的三维边界元方程;运用上述边界元方程,对单排桩的远场被动隔振问题进行了详细的参数分析。结果表明:单排桩能以一个整体对Rayleigh波进行隔振;增加单排桩的桩长、桩径和桩身剪切模量均能有效提高其隔振效果;减小桩间净距也能够有效提高屏障的隔振效果。     

二维地基波阻板隔振的复变函数解

对二维弹性地基波阻板隔振体系进行了理论解析分析。借助弹性力学复变理论,建立了二维弹性地基中矩形波阻板对波场散射问题的控制方程;据波阻板与半空间交界面处的连续性条件,考虑平面SH波入射,运用波动函数展开法得到了二维地基波阻板隔振性能的解析解答;利用振幅衰减系数(有屏障时的振幅与无屏障时的振幅之比)的变化,分析了波阻板剪切模量、波阻板埋深、弹性波入射角度对隔振效果的影响。结果表明,随着波阻板剪切模量的增加隔振性能提升明显;对地表位移的隔振效果随着波阻板埋深的增加逐渐减小;弹性波的入射角度对隔振效果随着入射角度的减小而提高。     

锻锤基础振动分析及非连续屏障隔振探讨

通过重型锻造车间的环境振动测试，对重型锻锤激励可引起的地基振动信号进行分析，并讨论了已有锻锤隔振基础的改造和非连续屏障的隔振效果的计算及其可行性。     

非连续弹性圆柱实心桩屏障对弹性波的隔离

采用波函数展开法和Graf加法定理,根据桩土界面处位移和应力连续的边界条件,得到了非连续弹性圆柱实心桩屏障对入射平面P波和SH波散射系数的理论解,通过引入无量纲位移,即屏障后某处土体内由入射波和散射波引起的总的纵向位移和水平位移与未设屏障时由入射平面P波和SH波在该处土体内单独引起的位移幅值的比值,根据求得的散射系数的理论解,绘制了平面P波和SH波单独入射情况下,弹性圆柱实心桩屏障后不同位置的无量纲位移、不同剪切模量的弹性圆柱实心桩屏障后的无量纲位移等值线和透射系数随桩间距的变化曲线,通过研究这些图件进而分析了屏障后不同位置、剪切模量、桩间距和入射频率对非连续弹性圆柱实心桩屏障的隔离效果的影响,为非连续弹性屏障的隔振设计提供了理论依据.     

非连续屏障对Rayleigh波宽频散射三维快速边界元模拟

基于单层位势理论,将快速多极子-间接边界元方法(FMM-IBEM)拓展到弹性半空间群桩对弹性波的宽频散射求解,进而研究了Rayleigh波入射下多排桩屏障体系的隔振效果。数值试验表明该方法能够大幅度降低常规IBEM计算所需的存储量和计算量。针对典型算例,讨论了单排桩净距、排桩桩长、场地波速、排桩排数及多排桩之间净距对Rayleigh波的屏障效应。结果分析表明:排桩排数是影响多排桩隔振效果的主要因素,而多排桩之间的排距对隔振效果影响较小;桩间净距和桩长是影响单排桩隔振效果的重要参数,桩距在0.1倍～0.3倍Rayleigh波波长,桩长大于1倍波长时即可取得较好的隔振效果;对于不同的场地,场地土越软,排桩隔振效果越好。对低频波隔振宜采用多排桩进行隔振。     

多排任意排列的弹性桩屏障对平面P波或SV波多重散射

提出可计算任意排列、任意圆截面多排弹性桩屏障对平面P波或SV波的多重散射理论方法,可弥补单重散射假定只在散射体截面尺寸相对入射波长可忽略情况下成立的不足,并考虑桩与桩间互相干涉现象。散射过程定义任意一弹性桩对入射P波或SV波的散射为第一重,第二重散射可将第一重散射波作为次生波源,继而对所有散射体皆遵循此过程;每一重散射均在桩土边界满足应力及位移连续条件,从而获得前一重与后一重散射的波函数迭代关系;总散射波场可由所有散射体各重散射叠加获得。数值计算考查相同截面多排桩屏障的散射重数、桩距、排距、桩土模量比等参数对屏障隔离效果影响。该方法可作为实际工程隔振设计理论参考依据。     

公路交通荷载作用下波阻板隔振效果试验分析

公路交通荷载作用下引起的地基振动问题已经成为环境振动与控制领域的研究热点之一。以国道312线甘肃境内平凉西至界石铺段维修改造工程项目中对公路沿线周边民用建筑由于地基振动引起的损坏为研究背景,通过现场试验对公路交通荷载作用下地基中波阻板的实际隔振效果进行研究。采用实测速度作为振动评价指标,针对卡车和压路机两种荷载作用下,分别研究素混凝土、泡沫夹芯和无砂混凝土等3种不同材料波阻板的主动隔振效果。研究结果表明,公路交通荷载作用下,通过设置波阻板可以有效减小振动输出,其中泡沫夹芯波阻板的隔振效果最好,无砂混凝土波阻板次之。