车辆行使对高层建筑微振动影响的试验研究

由于交通车辆引起的建筑物振动对强度和安全的影响通常可以忽略不计，这类振动没有受到足够的重视。然而，对交通干线附近建筑内的精密仪器，车辆引起的楼板微振动却是一个不可忽略的因素。本文实际测量了分析了某三面紧邻交通干线的高层建筑振动状态，研究了轻轨列车行使对高层建筑振动的影响，发现轻轨列车和重型汽车通过时，大楼的振动明显增大，可能导致部分仪器的测量误差增大。     

轻轨车辆内部噪声测试

通过对轻轨车辆内部的噪声测试实验,分析轻轨车辆内部的声场分布规律、噪声频谱特性和噪声通过分析产生的原因,得出轻轨车辆内部主要噪声源是轮轨噪声,频带主要集中在400～2000 Hz;测量分析两轻轨列车交会时车内噪声的变化。为轻轨列车的降噪治噪提供实验依据。     

不平顺条件下高速铁路轨道振动的解析研究

为了分析不平顺条件下高速铁路轨道结构振动,推导了移动车辆在轮对处和轨道结构在轮轨接触点处的柔度矩阵,考虑移动轴荷载和轨道不平顺,建立了移动车辆-轨道垂向耦合振动的解析模型.模型中,移动车辆考虑为弹簧和阻尼器连接的多刚体系统;有碴轨道结构模拟为连续弹性3层梁;轮轨间考虑为线性赫兹接触.算例分析了单台TGV高速动车引起的有碴轨道结构振动,得到轨道不平顺引起的动态轮轨力和轨道各部分的最大振动加速度,研究了列车速度、轨道不平顺以及轨下垫板及扣件、道床和路基等轨下基础刚度对轨道振动的影响.计算表明:随着列车速度和轨道不平顺的增加,轨道结构的振动响应不断增大;轨下基础刚度对轨枕和道床的振动影响较大,对钢轨振动的影响较小.     

运行列车引起高层建筑物振动的试验研究及数值分析

通过现场试验和数值分析的方法对运行列车引起的铁路线附近高层建筑物振动特性及其影响因素进行了研究。结果表明:列车引起的建筑物振动属于低频振动,且在软土场地上产生的振动比在硬土场地上的大;建筑物的振动水平随楼层的上升呈曲折分布,楼板的竖向振动大于横向振动;各楼层的振动随列车速度的提高而增大;货物列车因其荷载较重引起的振动比客车大;建筑物整体刚度的变化会对楼层的振动产生影响,且对竖向振动的影响比横向要复杂;距离轨道中心线越近,建筑物楼板的振动就越大。     

流冰撞击作用下川藏铁路桥梁振动抑制及行车安全研究

流冰撞击作用是川藏铁路复杂艰险山区桥梁可能的自然灾害。为了评估动力吸振器(dynamic vibration absorbers, DVA)对流冰撞击作用下桥梁的振动抑制特性和对桥上列车走行性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论和DVA设计方法,建立了考虑流冰撞击荷载影响的列车-轨道-桥梁-DVA动力学模型。研究了DVA对冰击荷载作用下桥梁结构横向振动的抑制效果,并分析了其对桥上列车走行性的影响。结果表明：在桥梁墩顶附加DVA后,能有效抑制冰击荷载作用下桥梁结构的横向振动,且列车过桥时的车体横向振动加速度、横向轮轨力、脱轨系数和轮重减载率等动力学指标均明显减小;当行车速度增大到200 km/h时,DVA对车辆动力学响应依然有较好的减振效果;保持行车速度不变,增大DVA的质量比,车辆动力学响应的减振率均增大。试验表明,桥上安装DVA对铁路桥梁抵抗流冰撞击和桥上列车的走行性均有利。     

运行列车引起地面振动的理论模型及振动特性分析

根据车辆动力学、轨道动力学及地基土振动Green函数,建立了列车-轨道-地基土相互作用理论分析模型.该模型不仅考虑了车辆自身的振动,而且考虑了由轴重荷载组成的准静态激励力和单一波长轨道不平顺引起的轮轨问动态激励力.列车模型、轨道模型和地基土模型之间分别通过轮对-钢轨之间的Hertz接触和轨枕-地基土的动力平衡关系进行耦合.根据该模型通过-算例对地面的振动特性进行了分析,并通过移动的单位常力荷载和单位简谐荷载作用下的地面振动分析了车速和地基土特性的影响.计算结果表明,运行列车引起的地面振动特性与荷载移动速度和地基土特性紧密相关,列车移动速度线和地基土频散曲线的相交频率是引起地面振动放大的一种共振频率;运行列车存在临界速度,且临界速度接近地基土模型中的最小表面波波速;轮轨接触表面不平顺引起的动激励力振源对地面振动的高频成分产生较大的影响.     

不同时速列车振动荷载下衬砌拱圈振动响应传递规律

通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式算法对不同车速列车荷载作用下的隧道衬砌拱圈振动响应问题进行了理论分析,得出以下结果:有限元数值计算结果与实测结果基本吻合,可用作对实际测量数据的补充与预测;隧道振动响应随列车速度的增加而呈现增大趋势;不同车速引起的衬砌振动加速度响应传递规律一致;不同车速引起的衬砌竖向振动加速度幅值在拱顶位置较小,且随列车时速增大而变化不明显;衬砌拱顶横向振动明显随列车速度的增大而增大,但不同车速引起的衬砌横向振动在隧道圆心水平位置（即0°与180°）随列车时速变化不明显,且振动幅值较低;拟合了不同时速列车引起的隧道衬砌横向与竖向振动加速度的经验公式。     

某型弹性高速车辆系统振动传递特性研究

列车高速化和轻量化导致轮轨激扰频率增大、车辆系统高频振动成分增多,深入研究弹性车辆系统振动传递特性对认识高速列车振动内在机理和确保优良的动力学性能具有重要意义。建立了动力学参数完全相同的高速弹性和刚性车辆系统两种动力学模型,弹性模型中车体、构架和轮对均处理为弹性体。从时域和频域研究了弹性车辆系统振动特性,对比分析了刚柔两种车辆系统在振动加速度幅值、频率分布、频率传递及振动能量等方面的特征。结果表明,车辆系统的刚柔处理方式对振动有重要的影响,且全弹性体处理方式可以获得更为丰富和准确的研究结果。车辆系统在从轮对到构架以及车体这一自下而上的振动传递过程中,三者对应的振动加速度幅值、振动频率分布和功率谱密度值大致呈一个数量级的递减趋势;频域上,轮对旋转频率对应的功率谱密度在弹性振动频率中得到明显加强。     

运行列车对周围建筑物振动影响的试验研究

研究了运行列车对建筑物振动的影响规律。测试时,客车的速度范围为40～115km／h,货车为26～57km／h。测试结果表明：建筑物的振动总的趋势是随与振源距离的增大而减小,随列车车速的提高而增大;相同车速的货车比客车引起的速度振级大5～15dB;对6层建筑物,楼板振动沿层高呈增大趋势,顶层的竖向振级比底层大2～6dB,横向振级比底层大10～15dB;房间中央的楼板振动大于边角和楼梯楼面的振动;楼外地面的速度振级比楼内地面大2～10dB,其差值随振级的增大逐渐变小。列车对附近建筑物的振动影响比较严重,超出了有关标准的规定,应引起重视。     

某大跨度公铁两用桁架斜拉桥车桥系统三分力系数风洞试验研究

为研究复杂交通状态下车桥系统的气动特性,对某大跨度公铁两用桁架斜拉桥进行了节段模型风洞试验。测试了不同风攻角下单列车、两列车、三列车通过时车桥系统的三分力。研究了线路位置、桥塔、公路车流、双车及三车交会对车辆和桁梁三分力系数的影响。结果表明:当单列车从迎风侧线路向背风侧线路移动时,车辆和桁梁的阻力系数逐渐减小,但车辆的升力系数及桁梁的力矩系数在背风侧轨道达到最大;当列车通过桥塔,受遮挡车辆的平均表面风压会显著减小,当其位于迎风侧轨道时影响最明显,但在靠近桥塔边缘处的表面风压波动较为剧烈;双车交会时,车辆的阻力和升力系数随交会间距的增大而增大;三车交会时,位于迎风侧列车后方的车辆阻力和升力系数显著下降,中间车的升力系数最小且阻力系数为负数;随着桥上列车数量的增加,桁梁的阻力和升力系数逐渐增大,而力矩系数基本保持不变。     

运行列车对高层建筑结构的振动影响

建立了一种列车-轨道-路基解析分析模型,将钢轨视为竖直平面内支承在Winkler弹性基础上的一根连续的Euler-Bernoulli梁,考虑轮轨接触的影响,推导出单个轮对荷载对地基的作用力,通过迭加方式得到整列车对路基产生的动荷载;在此基础上,选取铁路线附近的某高层建筑,用有限元分析的方法计算了该高层建筑所受到的振动影响;研究了不同车速下不同距离建筑物中不同楼层的振动规律:振动随楼层高度增加具有不同程度增大的趋势;车速越大,建筑物的振动响应也越大;随着到轨道中心线距离的增加,建筑结构的振动逐渐减小。     

高速列车引起的武汉站楼板振动舒适度研究

随着人们生活水平和质量的提高,建筑物舒适度方面的要求引起了人们越来越多的关注。针对武广客运专线武汉站"桥建合一"的特殊结构型式,将结构划分为列车-桥梁子结构和桥梁-上部大跨钢结构子结构,由前者计算桥梁支座处的反力,并以此为反力作为后者的输入荷载,计算上部大跨钢结构的动力响应,然后基于目前常用的国际标准,将武汉站不同标高的楼层分为不同的子区域,分别评价各个子区域的舒适度,以此评价武汉站楼板在高速列车荷载下的舒适度。评价结果表明:武汉站各标高的楼板均满足舒适度的要求。所采取的舒适度评价方法可为国内今后类似结构的舒适度设计提供依据、为舒适度评价提供参考。     

Critical review of guidelines for checking vibration serviceability of post-tensioned concrete floors

As spans and slenderness of post-tensioned concrete office floors increase, their vibration behaviour is becoming increasingly important. Although now recognised worldwide to be an important design issue, detailed guidance on the checking of the vibration serviceability of post-tensioned floors is not readily available in national building codes of practice. The only detailed guidelines developed worldwide specifically for checking vibration serviceability of post-tensioned office floors have been published by the UK Concrete Society in 1994. These guidelines are generic, could be and are being used in countries where specific national guidance is lacking. However, the Concrete Society guidelines have been found to be problematic in each of the three key aspects of floor vibration serviceability assessment. First, in the modelling of walking excitation, an unrepresentative walking forcing function is assumed. Second, as the guidelines were not experimentally verified, some unwarranted assumptions and simplifications are made in the modelling of the floor structure, in particular its boundary conditions. Finally, the method of calculation of the floor responses is somewhat simplistic. Here, the possibility that modes of vibration higher than the fundamental may be excited in resonance by walking is neglected.     

Wireless Measurement System for Ground-borne Vibration and Vibration Amplifications in Buildings

The environmental impact on residents of buildings, such as adverse effect on sleep and physical discomfort is caused by ground-borne vibration sources such as rail transit systems, road traffic, construction sites, and industrial plants. To estimate the impact of these vibrations on the residents, it is necessary to measure the tri-axial vibrations in the vertical and horizontal directions of the buildings as specified in the international standard regulated by ISO 2631-2:2003. A wireless measurement system for simple and accurate measurement of building vibration was developed. Five wireless vibration measurement devices (installed together with a data recorder in the building) are controlled simultaneously by an outdoor mobile PC or a laboratory PC via wireless local area network and an Internet connection. It sends the vibration acceleration waveforms recorded in buildings over the wider internet communication system to the laboratory PC. The wireless measurement system was used for measuring vibration in two- and three-story detached houses of wooden or steel construction. The impact on the residents may be caused by the vibration amplifications associated with building structural resonances. The vibration amplifications in 120 houses were evaluated as ratios and level differences in 1/3 octave band vibration accelerations measured at the ground near the substructure and floors.     

弹性车体垂向运行平稳性一系最优控制研究

采用基于轨道谱及包括轮轴间时延预瞄的最优控制算法,在一系悬挂中加入主动控制,设计其主动控制规律,从降低轨道至车体振动的传递入手,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析。结果表明,该最优控制算法对车辆系统的振动有较好的抑制作用;可以改善轨道至弹性车体中部的振动加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制整车的弹性振动;最优控制算法对车辆系统的1Hz左右的低频振动、以及包含人体垂向振动敏感频域(4Hz-8Hz)的4Hz~10Hz频率内的振动衰减明显,但对车体高频振动作用不大。并与二系主动悬挂系统比较,发现一系主动悬挂能更有效的控制车体的弹性振动,且抑制的频率范围较宽,车辆运行平稳性更佳,为今后弹性车体减振措施选择提供依据。     

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。     

列车运行引起坡子街村房屋振动测试与分析

武广城际铁路列车通过坡子街村时,导致了该村A、B、C三栋房屋明显振动。为了分析房屋振动原因,进行了现场振动测试,从而获得了列车通过时三栋房屋的振动时程。依据测试数据,分别从时域和频域两方面进行处理分析,分析表明:高速列车运行产生的振动引起B、C两栋房屋x轴方向发生共振现象。由于共振效应,B、C两栋房屋x轴方向振动速度峰值反而大于距铁路更近的A栋房屋。结果还发现:列车运行速度加快会明显增加房屋共振的幅度,但列车长度对房屋共振的幅度及振动持时影响均不明显。     

地铁对周边建筑物振动影响分析

建立了土层系统-建筑物二维共同作用有限元模型，采用Newmark隐式逐步数值积分法，从地铁列车荷载频谱特征和场地土层类型角度，分析了由地铁运行所诱发的周边建筑物振动响应规律。分析表明，在同一频率地铁振动荷载影响下，同一建筑物各楼层振动响应水平基本相同，上部楼层的振动仅比下部楼层振动有小幅上升；地铁低频段荷载对建筑物振动的影响大于高频段荷载的影响，但该低频段宽度要比建筑抗震分析中所考虑的地震荷载频段要宽；不同类型土层上建筑物的振动响应规律基本相同，表现为随建筑物距离地铁线路距离的增大，由地铁运行所诱发的建筑物的振动响应波动减小，但随土层硬度增加，建筑物的振动响应水平和衰减幅度也随之减小。     

框架结构楼房爆破震动响应的数值模拟

为研究框架结构在爆破震动下的震动响应特性,利用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析软件,对某框架结构进行了模态分析与动力响应分析。得到了该建筑结构的自振频率小于10 Hz,低频爆破地震波是引起结构振动、变形的主因;对结构受距离20 m基坑爆破的振动影响进行了模拟,计算所得的距爆源最近点震速和实测震速基本吻合;分析了建筑结构不同楼层的爆破振动规律,表明建筑结构的垂直向速度响应大于水平向速度,20层的高层建筑结构随着楼层高度增加,在1~6楼出现了振动速度局部放大现象。裙楼楼顶(距爆源最远处)出现整个结构最大速度峰值。在城市复杂环境进行爆破施工时,对周围建筑结构的安全监测,不能只对距爆源最近地表进行振动监测,须注意高层建筑结构内部的局部放大效应。     

地面城轨交通近轨道区域自由地表振动实测研究

摘要：城市轨道交通诱发周边地表振动已成为突出的环境振动问题。为考查轨道周边自由地表垂向振动的特性及其传播规律,在北京城铁13号线回龙观至霍营区段进行了现场观测试验。从时域、功率谱和振动级三个方面对获得的数据进行了分析。结果显示：随着与轨道距离的增加,地表加速度峰值明显衰减,振动持时增加;振动优势频率为10-80Hz,近轨道处以高频为主,远离轨道处以低频为主;加权Z振级单调衰减,但分频段振级并非单调衰减,与场地卓越频率接近的频段存在较大的反弹现象;乘客满载和半载对Z振级的影响不大;相对于干线铁路而言,城轨交通地面振动水平较低。