柔性摩天轮结构抗风性能研究

以福建某摩天轮结构为研究对象，使用ANSYS对其进行抗风性能研究。首先，采用线性滤波法数值模拟脉动风速时程；然后，考虑在节点挡风面积的影响下，进行时域内风荷载的模拟；最后，分别在顺向风和横向风2种荷载工况下进行摩天轮结构的风振响应时程分析。研究结果表明：摩天轮结构的中上部对风较敏感；横向风对结构的影响均符合规范要求，且最大加速度为160 mm/s²，顺向风的加速度值波动较大，在个别时刻超过200 mm/s²，超出乘坐舒适度的要求，可考虑在轿厢连接处安装阻尼器来减少振动，也可考虑实施振动控制；在顺向风的影响下，加速度值在摩天轮结构5.3 m处到38.4 m增加较快，从38.4 m处到85.4 m增加比较缓慢，这也表现出柔性结构的特点。     

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。     

列车交会运行时简支箱梁与U梁振动特性分析

为探明列车交会运行时城市轨道交通简支箱梁与U梁的结构振动特性，为桥梁振动控制、结构选型提供理论依据，基于有限元和多体动力学方法，建立城市轨道交通三维车桥耦合模型，对比分析不同列车运行工况下简支箱梁和U梁的振动传递规律。研究结果表明:移动荷载作用下，桥梁结构振动响应以竖向为主，且随着速度增大而增大；列车单向运行与双向等速交会运行时箱梁结构局部振动频率基本相同，但单向运行时桥梁加速度响应幅值约为等速交会运行时的1/2，而等速交会时U型梁加速度响应幅值在部分频段内有一定衰减；进行箱梁振动控制时应重点关注腹板和翼板位置的竖向振动,而进行U梁振动控制时应重点关注底板处的竖向振动和翼板处的横向振动，列车交会频繁地段可增强箱梁底板和U梁中主梁底板处竖向振动控制；在对轨道交通中的高架桥梁选型时，宜根据现场实际工况进行结构稳定性和结构噪声影响等分析。     

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)。     

主梁式TBM关键结构参数对其动力学特性的影响规律

全断面岩石隧道掘进机(TBM)在掘进过程中,承受不断变化的大推力、大扭矩、倾覆力矩等随机载荷,引起主机较大的振动。为了减少主机系统各部件的疲劳失效,提高掘进效率,基于动力学仿真软件建立了主梁式TBM主机系统动力学模型,研究主机系统的动力学特性及主梁结构参数对其动力学特性的影响规律。研究结果表明:主梁1长度增加会导致主梁1振动变大,主梁2和鞍架的振动减小。主梁1板厚增加会导致主梁1振动减小,主梁2的振动缓慢增大,鞍架的振动先增加后减小,在上、下腹板厚度50 mm,侧板厚度40 mm,前、后法兰厚度105 mm时,振动达到最大值;刀盘掘进方向的加速度有效值为1.1 g,主梁加速度有效值为0.21 g,随着向后传递振动逐渐减弱,振动频率主要集中在0~50 Hz;依据仿真结果确定了主梁的相关参数,该TBM在某引水工程中经过2年的应用,工程已顺利贯通;现场测试结果表明,三向振动测试数据与仿真结果的误差基本低于20%。     

大跨度双层曲线斜拉桥人致振动试验研究

自英国伦敦千禧桥因大幅横向振动问题导致开通三日不得不关闭事件以来,人行桥的振动问题(尤其是大幅横向振动)受到了学术界与工程界的普遍关注。以一座主跨200m的人车分离双层桥面曲线斜拉桥为背景,采用理论分析和现场试验手段对大桥的横向与竖向人致振动响应进行了理论分析与现场实测研究。人群行走动力试验表明,大桥在0.125人/m~2的人群密度下发生了大幅横向振动,0.2m/s~2可以作为引发横向动力失稳临界横向加速度值;桥面实测竖向动力响应远小于相同人群下的理论分析值。依据伦敦千禧桥试验数据建立的Dallard公式能够较好地预测横向动力失稳临界人数;简化单模态共振分析方法会显著高估竖向加速度响应,尤其是对于模态频率偏离步行力卓越频率的情况。     

电动汽车加速横向抖动分析与优化

电动汽车大扭矩加速时普遍存在因半轴轴向派生力引起的整车横向抖动问题。以某电动车型前驱动系统引起的整车横向抖动问题为背景，通过主观评价和客观测试识别抖动频率特征和主要传递路径，从悬置刚度、半轴派生力、半轴角度、车身前端模态等方面提出系统的解决方案，将座椅导轨抖动幅值从0.45 m/s²降低到0.1 m/s²。提出整车横向抖动传递函数概念，将整车级抖动目标分解为半轴派生力目标和整车传递函数目标，并通过优化悬置布置和模态分布以降低传递函数。抖动解决方案和目标分解方法对电动汽车驱动系统NVH开发具有参考意义。     

综合交通枢纽场地土体振动传递特性试验研究

为研究振动波在场地中的传播规律,以重庆沙坪坝综合交通枢纽为工程背景开展现场试验,得到振动波在土体中的衰减规律,同时为土体有限元计算参数提供了参考依据。得出的主要结论有:(1)土体不同区域在人工激励下的振动响应情况略有差异,总体而言,土体的振动优势频域集中在16 Hz～250 Hz频率范围内。(2)在人工激励下,土体振动在5 m～10 m范围内衰减较快,加速度衰减在50%以上,在15 m范围以后,振动衰减缓慢,衰减量很小。振动在同一土体的不同区域衰减规律略有差异,但总体规律一致。(3)在人工激励下,土体竖向振动响应普遍大于水平向振动响应,且水平向不同方向的振动响应有一定差异。     

高速磁浮列车-轨道梁耦合系统轨道不平顺敏感波长研究

轨道不平顺是诱发车-桥系统耦合振动的主要激励源之一,探明系统耦合振动不平顺敏感波长,对线路管理具有重要参考价值。首先,建立了高速磁浮列车-轨道梁耦合系统空间模型,其中磁浮列车被模拟为具有537个自由度的多体动力学模型,轨道梁被模拟为空间有限元模型,两者之间通过基于比例-微分(proportional-differentiation, PD)控制理论的磁轨关系耦合。其次,以上海高速磁浮为研究背景,选用5车编组列车驶过20跨简支梁桥为计算条件,通过与实测结果对比,验证了模型的正确性。最后,考虑轨道谐波不平顺激励,探讨了不同方向的轨道不平顺组合、不同轨道不平顺幅值和不同车速对列车和桥梁动力响应敏感波长及列车运行平稳性的影响。结果表明：磁浮列车-桥系统横向振动和竖向振动耦合性很弱;在设计车速430 km/h下,车体竖向、侧滚和点头加速度敏感波长分别为140～180 m、60～100 m和120～160 m,车体横向和摇头加速度敏感波长大于200 m;当波长为80、105、115、140和160 m时,会分别引发车体侧滚、摇头、横向、点头和竖向方向的共振;车体和主梁的响应幅值与轨道不平顺幅值基本...     

工程爆破对周围环境振动影响的测试与分析

基于基坑三向振动速度现场测试,通过数据处理与1/3倍频分析,研究了不同距离测点的爆破振动频率特性,段药量和不同起爆网路对爆破振动频率的影响,各向振动加速度振级随距离的变化规律。结果表明,爆破地震的频率主要集中在15Hz⁸0Hz范围内;段药量越小,主振频率越高,主频域处于较高的频率范围,高频所占的能量比例较大;地表延时分区起爆与V型起爆相比,其质点振动加速度峰值较小,主频有明显提高,并且出现多峰;爆破引起的地面垂直方向振级大于两个水平方向振级,Z向振级为50dB80Hz范围内;段药量越小,主振频率越高,主频域处于较高的频率范围,高频所占的能量比例较大;地表延时分区起爆与V型起爆相比,其质点振动加速度峰值较小,主频有明显提高,并且出现多峰;爆破引起的地面垂直方向振级大于两个水平方向振级,Z向振级为50dB¹15dB,X向振级为45dB115dB,X向振级为45dB¹10dB,Y向振级为40dB110dB,Y向振级为40dB¹05dB,随着测点至爆源距离的增大,不同方向的振级均呈现衰减趋势,同时又表现出一定的波动性,50m以内时,振级衰减较快,50m以外,振级衰减较慢。     

TBM液压管道频谱特性分析和结构优化

考虑到全断面硬岩推进机(TBM)掘进过程中轴向基础振动对流体流速和压力波动的影响,运用输流管道流固耦合轴向运动4-方程模型,分析基础振动的影响,建立轴向基础振动下的TBM液压管道轴向耦合振动方程组,并用直接解法在频域内对其进行求解,再运用MATLAB软件对管道出口处流速和压力的频域响应特性进行仿真计算,随之分析基础振动和不同结构参数对流体频域响应的影响规律。同时,为减弱基础振动对流体出口参数的影响,运用正交实验法对管道进行结构优化,优化后的管道系统流速的频域幅值整体上减小了48.61%,从而在一定程度上抑制了因基础振动带来的流体波动。     

城市轨道交通地面线环境振动衰减规律分析

为研究城市轨道交通地面线路所引起环境振动的衰减规律特性,基于振动衰减的复合回归方法,以距线路中心100 m范围内自由开阔场地为研究区域,在时域与频域分析地面线路振动波传播机理。分析结果表明：地面线引起的振动传播以表面波为主,随与线路的距离的增大逐渐衰减;振动加速度呈现宽频特征,频域中20 Hz～100 Hz的成分数值较大;高频振动幅值随距离的增加衰减明显。地面振动具有一定的周期性特征,其激励频率对应于轨枕间距激励引起的频率和轮轨耦合作用的频率。土体吸收系数α与频率基本呈正比,比例系数为3×10^-4。给出了中软土条件下地面振动VLZmax的振动衰减复合回归曲线,可为今后的环境影响评价提供参考。     

不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动影响机理研究EI北大核心CSCD

为研究不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向振动特性的影响,建立中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动模型。以25 m、30 m、35 m三种典型跨径的混凝土简支梁为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向振动特性进行分析。结果表明:建立的耦合振动数值模型可靠;随着简支梁跨径增加,桥梁竖向动挠度增加,而竖向加速度减小;车体和悬浮架的竖向动位移和加速度均随着简支梁跨径的增加而减小,悬浮架竖向加速度的优势频段集中在0~30 Hz和50~80 Hz,车体整体表现为低频振动(0~15 Hz);悬浮间隙和悬浮力的波动范围随着简支梁跨径增加而减小;不同跨径会改变桥梁竖向加速度的频谱分布特性;磁浮线路可根据需要,在满足静力安全服役的前提下,灵活选择简支梁跨径,最大程度节约工程造价。     

基于标准化水平残余位移的沉入式钢圆筒防波堤抗震性能研究

根据国际航运协会《港口结构抗震设计指南》、日本港口结构震害调查结果和钢圆筒结构特点,将标准化水平残余位移作为沉入式钢圆筒防波堤的抗震性能指标,同时运用振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基防波堤的动力特性,并评估了防波堤的抗震性能。结果表明,当设计地震动为1.7 m/s²时回填砂地基防波堤处于可服役状态,设计地震动为3.2 m/s²时防波堤处于可修复状态,不满足防波堤性能等级为S的要求,建议在设计中考虑远场地震和近场地震对防波堤抗震性能的影响。振动台试验研究发现当地震波加速度峰值为3.2 m/s²时筒外回填砂由于液化导致其对防波堤的侧向力改变,防波堤试验模型发生明显的倾斜现象,建议在地基加固设计过程中重点考虑筒外回填砂。当地震波加速度峰值为1.7 m/s²和3.2 m/s²时,钢圆筒筒壁应力最大值随高度的增加均呈现减小的趋势,同时钢圆筒防波堤存在两处薄弱环节,分别位于筒底及泥面处,因此结构设计时应优先考虑。     

大跨度双层曲线斜拉桥人致振动减振优化与实测验证

针对一座主跨200m的人车分离双层桥面曲线斜拉桥的人致振动问题,提出了应用连杆提高结构刚度、应用调谐质量阻尼器(TMD)增强阻尼的联合减振方案。研究表明:在人行桥主梁与车行桥主梁之间设置三对连杆可以显著提高结构的自振频率,使人行桥位于人致振动敏感频率内的模态数由8阶减少为5阶。该方案显著减小了减振装置成本,将采用纯TMD方案时的100t质量降低至40t。通过动力试验评估了联合减振方案的减振效果。结果表明:安装TMD后,人行桥横向加速度由150人时的0.2m/s2降低为400人时的0.06~0.08m/s2;侧向模态阻尼比提高6倍以上,竖弯模态阻尼比达到5%,没有观测到大幅振动现象。最后,探讨了内摩擦对水平和竖向TMD性能的影响。     

亚太计量规划组织低g值冲击加速度研究性国际比对

2013年8月至2014年12月,中国计量科学研究院作为主导实验室,组织4个实验室参加了亚太计量规划组织低g值冲击加速度研究性比对。这次比对参比的测量装置包括2种基本类型的低g值冲击激励方式的激光绝对法测量系统。第一类基于半正弦冲击加速度波形比对的加速度范围为500m/s2至5000m/s²,冲击脉宽为0.5ms至5ms;第二类基于正弦冲击加速度波形比对的加速度为1000m/s²,冲击脉宽为0.03ms至0.2ms。比对结果表明,各参比实验室测量结果与比对参考值的偏差小于相应的等效不确定度。     

地裂缝场地地铁运行引起框架结构振动的数值分析

针对西安地裂缝场地地铁运行引起地面建筑物的振动问题,建立隧道-地裂缝-地层-框架结构三维有限元模型,进行建筑物的模态分析和振动响应分析,并与同荷载工况的无地裂缝场地框架结构的振动响应进行对比。结果表明:结构的竖向振动比水平向强烈;地裂缝对结构横向和竖向振动加速度的分布影响不大,前者随层高呈波动性分布,后者除首层之外,其余各层差异不大;地裂缝对纵向振动加速度的分布规律影响较大,无地裂缝时呈逐层增加的分布,有地裂缝时呈两端大中间小的分布;地裂缝使结构竖向振动加速度有增大趋势,横向和纵向加速度会在局部楼层增大。     

非稳态横风对货运动车组车体-集装器系统横向振动特性的影响

基于Cooper理论构建了平均速度20m/s的非稳态风谱及相应的侧风载荷和侧滚力矩载荷,并加载到货运动车组车体-集装器耦合模型中,分析了匀质集装器重心为其几何中心处,车体-集装器系统在风载激励和风载与轨道不平顺耦合激励作用下不同风速的横向加速度RMS值的变化规律,以及该系统在上述两种工况及武广轨道不平顺激励工况下的横向振动的频域特性。结果表明:货运动车组车体-集装器系统的横向振动加速度随风速的增加而增加;轨道不平顺激励与风载激励相互叠加后,可改变车体-集装器系统的横向振动时频域特征以及车体至集装器的横向振动传递特性;横风载荷对货运动车组车体-集装器系统的低频振动影响不容忽视。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究EI北大核心CSCD

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。