移动荷载列作用下简支梁振动响应参数研究

推导了移动荷载列作用下简支梁位移响应的精确解,在此基础上引入3个无量纲参数,研究了荷载移动速度、荷载频率及结构阻尼对桥梁响应的影响,分析了简支梁在一定荷载速度下的共振和消振现象发生机理。结果表明:桥梁跨中的最大位移响应并非随着荷载速度的增大而单调地增大,而是表现出一种类似正弦但波幅逐渐变大的方式;当移动荷载列以消振速度通过桥梁时,引起的桥梁余振响应趋近于零;简支梁的共振速度与移动荷载列的间距有直接关系,当共振速度同时又是消振速度时,共振现象被抑制;当简谐荷载移动速度较低时,梁体位移在荷载频率等于梁体第一阶自振频率时达到最大响应,随着荷载移动速度的增大,梁体位移达最大响应不再发生于荷载频率等于梁体第一阶自振频率的情况。     

3E+3E工程化教学理念下的结构力学一流课程建设

结构力学课程是土木工程、铁道工程、水利工程等专业的核心专业基础课,是连接基础课和专业课的重要桥梁。北京交通大学结构力学获批2020年首批国家线下一流本科课程,标志着结构力学课程建设和人才培养工作进入了一个新阶段。针对课程建设过程中遇到的问题和难点,教学团队以立德树人为根本,以培养未来多元化、创新性卓越人才为目标,以提高课程的高阶性、突出课程的创新性、增加课程的挑战度为课程建设的基本要求,提出"感性入手,理性探究"的"3E+3E"工程化教学理念。在教学实施过程中,从课程思政的承载、教学目标的优化、教学方法创新方面进行了探索和实践。教学实践表明,"3E+3E"工程化教学理念不仅为"课程思政"和"两性一度"的融合提供了新思路,而且为知识、能力、素质全面发展的人才培养创造了条件,为"传授式"教学向"探究式"教学转变探索了一条有效途径。     

基于精细Runge-Kutta混合积分法的车桥耦合振动非迭代求解算法

针对结构非线性问题,采用4阶Runge-Kutta法展开精细积分法中响应状态方程的Duhamel项,构造了一种既可以避免迭代又具有较高精度的精细Runge-Kutta混合积分方法,在此基础上提出了适用于车桥耦合振动高效求解的分析框架。车桥耦合系统由车辆、桥梁子系统组成,均采用有限元建模,其中车辆子系统采用部件刚体假定,而桥梁子系统借助于振型叠加法缩减自由度数目;两个子系统内部非线性作用以及系统间的相互作用通过非线性的虚拟力表达。以一节4轴客车匀速通过32m简支梁为研究对象,分别采用分析框架法、Runge-Kutta法进行动力分析。数值结果对比表明：相对于Runge-Kutta法,精细Runge-Kutta混合法能够显著提高计算收敛的积分步长;分析框架可以应用到实际工程中。     

Rayleigh波频散曲线两种计算方法的对比

采用两种假定的层状土介质模型,通过快速标量法和薄层刚度法分别计算Rayleigh波的频散曲线,包括两层介质和三层介质两种地基土模型,分析对比了层状介质土Rayleigh波的频散特性,发现在低频阶段薄层刚度法计算效果优于快速标量法,在高频区域二者差别不大。     

土层参数随机性对高速铁路周围场地土振动传递的影响EI北大核心CSCD

为探究场地土层参数随机分布对高速铁路周围场地土振动传递的影响,分别考虑了土层剪切波速、材料阻尼比以及二者双随机变量下的3种场地土参数随机分布,并基于Toro统计模型采用Monte Carlo方法分别模拟200组工况,输入建立的高速列车-轨道-场地土耦合系统模型中计算高速列车经过时场地土表面的振动响应。并将随机振动响应1/3倍频程振级、Z振级及其95%置信水平的置信区间与确定性土参数的振动响应进行比较,探究土参数随机性对高速铁路周围场地土振动传递的影响,进而采用随机振动响应标准差进行土参数随机分布的敏感性分析。研究结果表明:土参数随机性对高速铁路周围场地土振动传递的影响较大,剪切波波速单随机变量对场地土振动响应各频带1/3振级均有较大影响,材料阻尼比单随机变量对场地土振动响应的低频影响较小,高频影响较大。铁路交通环境振动评估及预测时建议考虑土层参数随机分布对其产生的影响。     

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.     

高架轨道交通引起的环境振动影响分析与预测

对高架轨道交通系统引起的环境振动影响进行理论分析和数值计算,建立了车-桥和墩-土两个子系统模型,通过车-桥子系统模型得到作用在墩-土子系统上的动荷载,然后利用墩-土子系统模型计算出在该荷载作用下周围环境的动力响应;进一步通过参数分析研究了各种因素对环境振动的影响规律。结果表明:高架轨道交通引起的环境振动随振源距离的增大而逐渐减小,并且受到桥梁跨度、桥梁质量、桥墩基础埋深、车辆轴重、列车速度、土的性质及支座刚度的影响。根据计算结果运用回归的方法提出了高架轨道交通引起环境振动的预测公式,并通过与北京地铁5 号线的实测结果和其他预测公式的比较进行了验证,表明所提出的预测公式具有较高的准确度和适应性。     

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。     

高速铁路高架桥周围场地振动反应谱分析EI北大核心CSCD

基于达朗贝尔原理、无限周期结构理论以及具有完全匹配层的薄层法-容积法建立了高速列车-周期性桥梁结构-群桩基础-地基土动力相互作用耦合模型,提出了一种半解析-半数值方法以预测和评价高架轨道交通引起的周围场地振动,并对该方法进行了程序实现及有效性验证。进一步提出了场地振动反应谱的概念,并通过算例分析了不同行车速度、场地卓越周期以及地表不同接收点的场地振动反应谱特性,进而得到高速铁路周围环境振动基于规范容许值的阈值范围。研究结果表明,场地地面不同接收点的垂向位移最大值和振级响应均随场地卓越周期的增大而呈增大的趋势,但振级响应在局部位置处出现了放大现象;以地面位移最大值为指标的场地振动反应谱能反映振动的变化速率,而以总体振级VLz为指标的场地振动反应谱则能反映场地卓越周期、与桥墩中心线距离以及行车速度对场地振动响应的局部特性,因此在场地反应谱中对评价指标的选取应综合考虑。本文所提出的场地反应谱和振动阈值图不仅可以为拟建构筑物提供满足不同振动限值所需的距离参考,而且可以为既有构筑物受到的高架轨道交通环境振动影响进行评价。     

高速铁路气动噪声的数值分析及分布特征研究

以京沪线为研究背景,建立用于数值计算的简化的车辆-桥梁模型,基于宽频带噪声源法和声类比理论,利用Fluent软件分别研究了列车在高架桥上高速行驶时的近场气动噪声的声源强度特性和远场气动噪声的空间分布特性。研究结果表明：沿桥梁纵向气动噪声强度在车尾变截面处最大,车头变截面处次之;沿桥梁横向气动噪声强度随着离桥梁横向距离的增加而减小,且减小的幅度越来越小;沿桥梁垂向气动噪声在距离轨道顶面高度1.2 m处的强度最大。