高架轨道交通列车对周围环境振动影响的试验研究

对北京地铁5号线高架桥上的运行列车引起周围地面振动的影响进行了实测,将测试得到的地面振动加速度数据在时域和频域内进行了分析。得到了以下结论：普通轨枕下的地面横向振级为58-100dB,竖向振级为55-91dB;梯形轨枕下的地面横向振级为62-85dB,竖向振级为60-83dB;地面横向振动随距离的衰减规律表现为先增大后减小,最大值出现在15m处的测点,衰减呈现出一定的波动性;竖向振动的衰减规律总的趋势是随着距离的增大而逐渐减小,但有一个明显的反弹区（本试验中为距离振源15m左右的范围处）,且振动越大反弹越明显;梯形轨枕能够对一定频率范围内的振动起到减振效果,但是对另一频率范围的振动反而起到了放大作用,其原因是由于振动频率与梯形轨枕的自振频率产生共振而引起的;高频振动的衰减速度大于低频振动的衰减速度,远振源点的振动主要是由低频的振动引起的。     

350 km/h 高速铁路高架桥环境振动的测试分析

为了考察350 km/h高速列车运行状态下高架桥的环境振动水平,对京津城际铁路杨村特大桥247号桥墩高速列车运行时的环境振动进行测试,分析了高架桥环境振动的衰减特性。结果表明,VL zmax、VL z10和VLzeq随距离的变化均符合对数衰减规律,距离振源30 m内环境振动衰减明显,距离振源30 m以后衰减逐渐平缓。在距离振源15 m~60 m范围,我国现行的高速铁路环境振动预测公式的预测值最大偏高9.7 %。     

高速铁路桥梁及场地土交通振动分析

以高速铁路32m单箱单室简支梁为例,建立了考虑土-结构动力相互作用的车-桥-墩-桩-土耦合振动系统整体三维有限元分析模型。车辆采用具有二系悬挂的多自由度车辆模型,场地土采用京沪高速铁路沿线实勘软土地基土层数据,在土体截断处采用粘弹性人工边界模拟半无限域土体,采用基于库伦接触算法的动力三维接触单元模拟轮轨接触。分析了桥墩和桩基等下部结构对车桥耦合振动的影响,以及车桥耦合振动对周围场地土振动的影响。计算结果表明车桥耦合振动受桥墩和桩基影响显著;周围场地的振动振级随着距离的增大而逐渐减小,相对水平振动而言,竖向振动衰减的更加明显;地面振动的高频分量衰减速度大于低频分量的衰减速度,远场地面振动以低频分量为主;地面振动与列车速度不是简单的线性递增关系,与上部结构桥梁的振动有关。     

轨道交通地表振动局部放大现象成因分析

为研究轨道交通振动产生地表局部放大现象原因,利用地表落锤试验和半空间位移格林函数解析解,分析了振源位于地面和地下两种情况下单频振动的地表响应传播规律。结果表明:1) 当振源位于地面时,单一频率的地表振动响应幅值随距离呈现波浪形衰减,波动间隔与其自身频率相关。地表体波和瑞利波衰减速度不同而引起的振动叠加效应是造成上述现象的主要原因。2) 当振源埋置于地下时,单一频率的地表振动响应将在距振源与埋深大致相当的近场处产生一个明显的波峰或波谷,在远场衰减规律与振源位于地面的情况近似。     

运行列车引起的周围地面振动规律研究

在京广铁路线附近进行了现场试验,测试分析了速度在21km/h―128km/h范围内运行列车引起的地面振动。结果表明:运行列车引起的地面振动的频率集中在10Hz―100Hz,车速对地面水平向振动的频率有一定影响;地面振动随至振源距离的增大呈波动性衰减;货物列车引起的地面加速度振级在各个方向上均明显大于旅客列车,其差值一般在10dB左右;列车引起的地面竖向振动大于两个方向的水平向振动,竖向振级为60dB―110dB;垂直线路的水平向振级为50dB―95dB;平行线路的水平向振级为55dB―80dB;线路附近的地面振动超过了我国关于环境振动规范的规定,说明运行列车引起的环境振动问题应当引起重视。     

路基段列车引起的大地振动试验研究

为研究路基段列车引起环境振动传递特性以及列车编组、速度、轴重等因素对振动的影响,对昌九城际铁路线路基段进行大地振动现场测试。从时域、频域等多方面分析五种列车在不同速度下运行引起的三向大地振动。结果表明：近场大地振动能量集中在10 Hz～200 Hz,远场在10 Hz～80 Hz,近场处X、Y、Z方向主频分别为38.7 Hz、51.9 Hz、64.4 Hz,远场处主频均为25.9 Hz;随着距离的增加,X与Z方向在各频段的振动衰减量相似,Y方向在各频段的衰减量大于X与Z方向;地面竖向Z振级与列车速度近似呈线性关系,在30 m处Z振级增大速率为0.0714dB/（km/h）;列车速度变化对50～100 Hz的高频振动影响较大,速度由36增大至119 km/h时,16、50、100 Hz处Z方向分别增加了9.56、17.13、14.87 dB;列车编组对地面振动响应影响较小,当运行速度为115 km/h时,CRH2A动车组列车的不同编组（8节或16节）下引起的地面振动响应几乎完全相同;列车轴重是影响地面振动响应大小的重要因素,且轴重越大引起的振动响应越大。     

高架轨道交通附近自由地表振动试验研究

针对某城际快铁高架桥列车运行引起的附近自由场地环境振动进行现场测试。结果表明,在近场测点,加速度时程呈明显列车周期性加载现象;随距离的增加,振动快速衰减,并在7.5 m处有反弹增大现象;距线路越远,振动衰减越慢,地面振动加速度级随距离的变化满足对数关系;高架轨道交通引起的地面横向水平振动加速度级较竖向大3.9~9.0 dB;地面竖向振动优势频率范围10~100 Hz,横向振动频率主要在4~100 Hz,低频振动较高频振动传播距离更远;双线高架桥引起的环境振动偏载效应突出;振动加速度级随车速的变化规律为0.036~0.049 dB/(km·h-1)。     

铁路环境振动对厂房内精密仪器的影响分析

以龙烟铁路沿线厂房内的精密仪器为研究对象,利用有限元法,建立轨道-桥梁及桥墩-基础-土体计算模型,计算货车在不同运行速度下引起的大地振动响应,得出振动加速度、速度及位移沿距离的衰减规律,分析铁路环境振动对铁路沿线厂房内精密仪器的影响。研究表明：列车速度对振动响应的影响较大,速度越高,地面上相同位置上的振动响应越大;振动加速度、速度和位移沿距离的衰减特性基本一致,呈现指数曲线的衰减规律;若不考虑精密仪器的自身隔振能力,两列货车以120km/h和100km/h的速度在精密仪器附近交会时,加速度、位移及y方向的速度预测值满足仪器振动限值要求,x和z方向的速度预测值超出了仪器振动限值要求;考虑精密仪器自身基础的隔振能力后,振动预测值均满足仪器振动限值要求。     

重载铁路引起地面振动的试验与分析

对重载铁路沿线在货物列车通过时引起的地面振动进行现场试验,测试了距离铁路7.5 m、15 m、30 m、60m、90 m处的地面横向和垂向振动速度,分析了振动速度的幅值和频率特性,得到货物列车引起地面振动的振源特性、传播特性以及轴重、列车速度与振动的关系。分析表明:货物列车引起的地面振动在5 Hz~10 Hz的范围内峰值明显;随着距离的增加,高频成分的衰减比低频更快。地面峰值振动速度(PPV)随着距离的增加呈幂函数衰减,在7.5m~15 m距离内振动峰值衰减显著。在7.5 m处横向和垂向峰值振动速度数值接近;在15 m及更远距离处,横向振动速度衰减比垂向振动速度快。地面横向、垂向峰值振动速度(PPV)随行车速度、列车轴重提高呈增大趋势。     

爆炸地震地面运动竖向加速度的实验研究

对地面和地面以上爆炸地震引起的地面竖向振动加速度进行了实验研究。用药量为 2kg的TNT药包放置于地面和地面以上不同高度处引爆 ,通过测试获得了离开爆炸源不同距离处地面的竖向振动加速度。实验数据分析表明 ,加速度幅值的时间历程可以用一个双指数函数给出近似的包络过程 ,最大加速度随距离的衰减服从负幂函数关系 ,其取值和衰减速度与爆炸方式存在一定的联系。所提出的研究结果为爆炸地震效应的结构响应随机振源描述提供了理论基础。     

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。     

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。     

近断层地震方向脉冲效应对高速铁路桥梁弹塑性反应的影响

基于PEER-NAG强震数据库,采用ANSYS分析软件、ANSYS-APDL语言和弯矩曲率关系计算程序,以高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,建立了近断层脉冲型地震作用下的高速铁路桥梁全桥模型,考虑了轨道不平顺的影响,分析了结构的自振特性,计算了近/远断层地震作用下桥梁的弹塑性地震响应。计算结果表明,近断层方向脉冲型地震作用下的墩底的荷载-变形曲线呈现中间加强的特点,此时需要桥墩有更强的能量释放能力和较好的延性要求,相比远断层地震而言,近断层方向脉冲型地震作用下墩底梁体位移、墩顶位移以及墩底弯矩增大,且导致更大的塑形变形;远断层地震趋向于能量的逐渐释放过程并与较少的滞回环损伤疲劳相联系;由于近断层地震动方向脉冲效应的影响,在一些地震动的某些时段内,对结构破坏起控制作用的因素是速度或位移而不是峰值加速度;由于近断层地震较大的竖向地震动,导致梁体竖向挠度比远断层地震增加较多,《铁路工程抗震设计规范》等取竖向地震为横向的2/3左右,会导致竖向动力响应偏小,建议取竖向地震动的合理范围进行计算较为妥当。     

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。     

弹性支座对桥梁车致振动的隔振效果研究

为探讨列车高速通过桥梁时传递到桥墩的振动受弹性支座的影响,建立了12个自由度的弹簧-阻尼单元模拟支座,嵌入到车-线-桥耦合振动分析模型中。以高速铁路上典型的32 m混凝土双线简支梁桥为研究对象,采用包含支座单元的车-线-桥耦合振动分析程序进行仿真计算。结果表明:车辆的轮重减载率和竖向振动加速度受支座竖向刚度的影响很小;支座竖向刚度降低,桥梁响应中的静力成分逐渐增大,动力成分则先逐渐减小,再逐渐增大;采用弹性支座,墩顶全频域内的减振效果主要取决于优势频段20Hz~80Hz频率范围的振动衰减量;弹性支座隔振系统的自振频率为10Hz~20Hz,能够吸收中高频振动,放大自身频率范围振动,反映出弹性支座在中、高频段具有很好的隔振性能。     

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。     

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。     

外包橡胶混凝土覆层对梁式桥墩防撞性能影响的试验研究

提出将橡胶混凝土以覆层形式外包在桥墩一定高度范围内以提高其防撞减振和能量耗散能力,试验研究了不同橡胶粒径、体积掺量的橡胶混凝土的基本力学性能;其次利用摆锤撞击模型墩柱试验,并结合ABAQUS/Explicit非线性动态碰撞仿真分析,研究了橡胶混凝土覆层对模型墩柱的自振特性、不同撞击速度下的撞击响应峰值及振动衰减规律的影响。结果表明,虽然橡胶混凝土强度、弹模较普通混凝土较低且受橡胶掺量影响显著,但橡胶混凝土覆层兼具防撞和减振的双重优势,可使撞击力峰值减小12.93%~15.87%,墩顶位移减小13.10%~32.11%,墩底应变减小13.1%~46.13%,还能增强原桥墩的主动耗能能力。该形式防撞装置可为桥墩提供有效保护且符合绿色环保的理念,值得推广。     

Bornitz模型在铁路路堑段振动预测中的适用性分析

为了分析Bornitz模型在列车通过路堑段引起的地面环境振动预测中的适用性,对郑西客高速铁路某路堑段的环境振动进行了现场测试,利用测试结果反算Bornitz预测模型中的场地衰减系数。根据不同测点得到的衰减系数的离散程度,分析了Bornitz模型对路堑段环境振动的预测精度。由此表明Bornitz预测模型可以反映路堑段地面环境振动的衰减规律,但对振源附近地面环境振动的预测精度较差,而随着离振源距离的增大其预测精度即可逐渐提高,并将能适用于远场地面环境振动的预测。