交通荷载作用下钢弹簧浮置板隔振道路设计参数研究

为降低城区道路汽车荷载对建筑结构的振动影响,设计一种新型钢弹簧浮置板隔振道路,对浮置板的动力学设计参数进行研究。在浮置板缩尺模型有限元试验验证的基础上,选取浮置板长度、厚度、弹簧刚度、弹簧支承间距4个参数及不同水平值,进行正交试验,建立81个样本的三维有限元模型。采用模态分析法,研究各参数对浮置板固有频率和振型的影响;实测交通荷载激励,分析激励作用下浮置板结构在时域和频域的响应,并通过Z振级和插入损失探讨浮置板结构各参数的减振效果。结果表明:各样本基频主要分布在4～10Hz之间,基频直接影响钢弹簧浮置板的隔振性能;随着浮置板长度的减小、厚度的增大、弹簧刚度的减小、支承间距的增大,浮置板结构的隔振效果明显提高;交通荷载激励下,浮置板结构振动放大频段位于基频附近及14～18Hz范围;VLz振级在0～18Hz范围内随频率增大而增大,之后随频率增大而降低,但未超过72dB;对于0～40Hz范围内的振动响应,样本最大减振量为40.6dB,基频处放大量最大为17.4dB。     

富水地区短板钢弹簧浮置板轨道减振效果研究

采用短板钢弹簧浮置板轨道结构是富水地区减振的重要措施。通过建立车辆—轨道—下部基础耦合动力学模型,比较了列车动载作用下富水地区与普通地区的土体振动响应,分析了富水地区短板钢弹簧浮置板的结构动力特性。结果表明,富水软土地区车致振动在土体传递后,在中低频范围内仍然较大,设置钢弹簧浮置板后减振效果明显,减振效果约为12. 35 d B。     

地铁与建筑物合建中不同固有频率钢弹簧浮置板轨道的适用性分析

以基于车辆-轨道耦合动力理论的地铁-钢弹簧浮置板耦合动力模型为基础,按照钢弹簧底座位置上力相互协调的原则,建立隧道-建筑物-地基二维有限元模型。然后从分析合建结构的自振特性和钢弹簧支反力的频谱特征入手,采用1/3倍频程振级评价法探讨不同固有频率钢弹簧浮置板轨道在不同合建结构形式中的适用性。研究结果表明:①地铁与建筑物合建结构的竖向自由振动20～80Hz的参振质量比例较高,可达50%以上,而4～10Hz竖向参振质量却差异较大,这与结构尺寸和刚度有关;②4～10Hz钢弹簧浮置板都可有效削减合建结构20～80Hz的竖向振动能量,但会放大浮置板固有频率附近的振动能量;③地铁低频振动传播容易在合建结构内引起共振,因此钢弹簧浮置板固有频率应避开合建结构4～10Hz内竖向参振质量较大且较集中的频段。     

基于振幅放大机制的浮置板轨道低频轻质减振

为探讨在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容的可行性,基于振幅放大机制,设计一种杠杆式动力吸振器(LT-DVA)。采用能量泛函变分法建立了配置有LT-DVA的钢弹簧浮置板轨道动力分析模型,以轨道结构的力传递率、位移导纳为评价指标,通过与普通动力吸振器(DVA)进行对比验证LT-DVA的有效性。在此基础上,利用多频控制的思路,在浮置板上引入多个杠杆式动力吸振器(LT-MDVA),以实现宽频控制、高衰减的效果。进一步考虑列车荷载的作用,分析验证动态轮轨力作用下LT-MDVA的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响。结果表明：由于振幅放大机制(振幅放大系数为α)的有益效果,LT-DVA的有效惯性质量、刚度、阻尼是同参数DVA的α²倍,即工作能力是DVA的α²倍;在LT-DVA的基础上,LT-MDVA能够有效拓宽振动衰减频段且提升振动衰减能力;相较于普通钢弹簧浮置板轨道,在动态轮轨力作用下,质量比仅为0.02的LT-MDVA不仅能够有效减小传递至下部基础的力(最大衰减约7.5dB),还能有效减小轨道结构的响应(钢轨和浮置板振动最大衰减...     

软土区地铁不同类型轨道振动测试分析

软土区地铁隧道结构在列车荷载作用下,工后沉降问题已引起广泛关注,而考虑不均匀沉降下的轨道动力特性实测研究却未见报道。以浙江省某地铁隧道为研究对象,对该隧道两个轨道断面进行了隧道沉降变形观测和钢轨竖向振动测试。基于监测结果,分析了两断面沉降变形和振动实测结果的差异,并对软土区地铁轨道型式进行优选分析。研究结果表明:理论模型计算与振动实测结果量值相当,但理论计算模型未考虑不均匀沉降及轨道弯曲效应,较实测值小;钢弹簧浮置板轨道钢轨振级比普通整体式轨道小10 d B;钢弹簧浮置板轨道固有频率较普通整体式轨道低,列车经过时,较早达到振动峰值,列车经过后,较晚恢复平息;整体式轨道振动对周围土体的扰动大于钢弹簧浮置板轨道,因前者沉降值大于后者,沉降值变大又会进一步加大振动影响。为确保良好的运营条件,建议软土区不均匀沉降工况下采用钢弹簧浮置板等减振轨道型式。     

钢弹簧浮置板轨道结构模态及动力性能参数分析

钢弹簧浮置板轨道与普通整体式道床相比,具有较好的减振降噪的功能.通过钢弹簧浮置板轨道结构模态分析不同结构参数对道床板固有频率的影响,发现浮置板固有频率随着隔振器刚度的增大而增大,随着隔振器间距的增大而减小,并且模态阶数越高,固有频率间的差距越小;但是道床板的固有频率随板长的增大而减小.在以上参数的基础上,对轨道结构的动力响应进行分析,得到了钢轨和道床板的垂向位移、垂向加速度、横向加速度以及隧道壁垂向加速度随结构参数的变化趋势,可为钢弹簧浮置板设计、参数选定和结构优化提供参考.     

轨道类型对地铁隧道及环境振动的影响

以宁波地铁隧道为研究对象,采用现场实测与2.5维有限元相结合的方法研究了整体式轨道和钢弹簧浮置板轨道在轨道振动和周边环境动力响应上的差异。结果表明：相较于整体式轨道,钢弹簧浮置板轨道能显著吸收10 Hz以上的轨道振动;当隧道埋深小于20 m时,列车速度越高,隧道埋深越浅,钢弹簧浮置板轨道对隧道及周边环境的减振效果越好;但采用单相弹性介质模拟隧道周围地层会明显低估隧道内的振动强度,并高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。隧道周围的超静孔压与列车速度和轨道类型有关,与隧道埋深无关;采用钢弹簧浮置板轨道不仅可以减振,还能有效减小隧道周围土体中的超静孔压,有利于控制隧道沉降。     

地铁振动的地表低频响应预测研究

地铁振动引起的环境问题备受人们的关注,特别是近年来,低频(<20Hz)振动对高精密仪器和设备、古建筑物等的影响已成为焦点。如何采取合理的减振措施将低频振动的影响降到最低是亟需解决的问题。在北京交通大学轨道减振与振动控制试验室,开展钢弹簧浮置板轨道和普通轨道低频振动试验;基于地表低频响应测试数据,结合"钢弹簧浮置板轨道-隧道-地层"和"普通轨道-隧道-地层"耦合的三维有限元数值模拟结果,采用回归分析的方法,研究地表低频响应受激振频率(1～20Hz)、距轨道水平距离(0～100m)和轨道埋深(10～30m)等因素的影响,推导出地表低频响应量分析公式。将公式预测的地表低频响应量的最大值分成II、II、II和IV四级响应带,进一步讨论响应带分布与轨道埋深、距轨道水平距离和轨道基频等关键因素的关系,从而为减少地铁振动的地表低频响应措施提供参考。     

青岛地铁3号线钢弹簧浮置板应用

根据青岛地铁一期工程(3号线)环境影响评价报告,需要对沿线文物保护单位、居民住宅、学校和医院等振动敏感点采取减振措施,在其中一些敏感点设置钢弹簧浮置板道床.结合地铁隧道结构断面,设计钢弹簧浮置板,并通过有限元软件创建钢弹簧浮置板有限元模型,对浮置板有限元模型进行模态分析和隔振效果研究,并进行了现场测试.结果表明:相对于普通道床,中量级钢弹簧浮置板道床插入损失达到15dB以上,重量级钢弹簧浮置板道床可达18dB以上,二者均具有明显隔振效果.     

钢弹簧浮置板轨道结构顶升前后减振效果分析

对钢弹簧浮置板轨道结构在顶升前后的减振效果进行了实测分析,首次对处于施工阶段的钢弹簧浮置板地段通过轨道平板车时的隧道壁及地面振动进行了时域及频域分析,阐述了地铁对地面的振动影响水平及浮置板的减振效果,提出了地铁线路施工过程中扰民问题的新解决方案。     

预制短型与现浇长型浮置板轨道动力特性及服役性能比较研究

为了比较浮置板轨道预制短板型式与现浇长板型式动力特性及服役性能的差异,将轨道结构作为一种周期性的无限结构,根据两种轨道自身的结构特点,建立相应动力计算模型进行了计算及分析。计算结果表明：（1）预制短型浮置板轨道结构对低频荷载的分摊承载能力弱于现浇长型浮置板轨道结构;（2）浮置板交错反相振动的轨道模态对预制短型浮置板轨道结构的振动影响较大,但对现浇长型浮置板轨道结构的振动几乎没有影响;（3）运行列车作用下,现浇30m长板浮置板轨道的钢轨及浮置板响应在30~100Hz频段内大于预制3.6m短板浮置板轨道,但预制3.6m短板浮置板轨道的钢轨及浮置板响应在25Hz以下的大部分频段却大于现浇30m长板浮置板轨道;（4）相较于现浇长型浮置板轨道,预制短浮置板轨道应采用疲劳寿命更长的隔振器。     

高速铁路周边建筑物环境振动现场测试与分析

对高速铁路列车引起的周边建筑物与地面环境振动响应进行现场测试,利用频谱分析方法研究高速列车引起的周边地面与建筑物环境振动特性,结合城市铁路振动控制标准对高铁环境振动影响进行分析与评价。研究结果表明:时速270km/h的高速列车产生的环境振动频率主要集中在25~60Hz范围内;建筑物垂直振动大于水平振动,建筑物铅垂Z振级最高可达70.62dB,建筑物二次振动具有明显的高度放大效应,建筑物顶层铅垂Z振级约为室内地面的1.094倍;周边地面振动明显大于建筑物振动,但两者表现出相似的变化规律,周边地面分频振级最高可达92.0dB,而建筑物分频振级最大值仅为80dB;高速铁路环境噪声值高达92.8dB,超过城市环境噪声重度污染标准。高速铁路产生的环境噪声污染远大于环境振动影响,须采取相应的隔声降噪措施,以重点控制高速铁路环境噪声污染。     

青岛岩层地铁减振轨道结构选型研究

由于在岩质条件下,地铁埋置在刚度较大的岩层中,振动衰减较慢,振动影响较远,因此对轨道减振的研究显得至关重要.对目前国内外主要的减振轨道结构及其性能分别进行了分析研究,如科隆蛋减振扣件、Vanguard(先锋)扣件、弹性短枕整体道床、浮置板等4种类型,并在此基础上对这4种减振轨道结构进行了比选分析.结合青岛地铁工程实际,较详细分析了减振轨道结构各部件的减振性能,从而为在岩层地质条件下城市轨道交通减振轨道结构选型提供借鉴和参考.     

汽车荷载作用下地下结构的现场振动试验研究

为了研究汽车荷载引起地下空间结构的低频振动和噪声问题,开展了地下结构现场振动试验。在结构顶板上下表面和地下一层布设测点,从时域及频域方面研究车辆振动下地下结构的振动响应,同时结合振级和噪声标准进行环境评价。结果表明：汽车荷载作用下地下结构以竖向振动为主,顶板竖向基频约为17.0Hz,振动能量主要集中于15.0~30.0Hz; 振动响应从顶板传递至地下一层时大幅衰减,顶板与地下一层的竖向振动沿水平方向传递不明显;顶板横向振动传递时衰减较慢; 测试荷载工况下,结构顶板竖向峰值加速度为274.38mm/s2、地下一层楼面Z振级最大81.02dB,噪声最大56.66dB,超过楼盖峰值加速度、振级与声环境质量限值,需采取减振降噪措施。     

基于现场锤击试验的高铁简支箱梁振动传递特性研究

以高速铁路32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,基于现场锤击试验,探讨了铁路混凝土简支箱梁振动传递特性。采用有限元法建立了轨道-桥梁 垂向耦合系统模型,计算了轨道板、底座板和桥梁顶板在1～1000Hz之间的垂向速度导纳,与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性。利用有限元模型 研究了箱梁振动传递特性,讨论了箱梁顶板厚度、增设中腹板和扣件系统刚度、阻尼等参数对箱梁振动特性的影响,分析了行车激励下箱梁振动传递特性。 研究结果表明：在1/3倍频程中心频率20～200Hz之间,顶板速度导纳最大,翼板次之,腹板和底板的速度导纳相对较小;顶板振动在距激励点L/8（L为桥梁 跨度）范围内的衰减较快,在距离激励点L/8以外的衰减缓慢;增大箱梁顶板厚度、增加箱梁中腹板以及增大扣件阻尼等措施能在一定程度上减小桥梁的振 动和噪声;在轮轨力激励下,箱梁各板件均在中心频率40～80Hz之间振动速度较大,由此可导致该频率范围内的结构噪声较大。     

地铁运行对沿线不同砌体结构的振动影响研究

随着地铁建设规模的不断扩大,地铁列车运行对沿线砌体结构振动影响日趋严重。针对这一问题,以某地铁线路邻近砌体结构为研究对象,建立了车辆-轨道-隧道-地层-砌体结构耦合模型,分析了砌体结构层数、墙体材料、基础材料对振动响应分布规律的影响。结果表明,墙体材料除石砌体外,均在不同层数出现振动响应放大现象,且配筋砌体最大;各种基础材料均出现振动响应放大现象,且峰值频域范围均为40~50 Hz;对于不同层数的砌体结构,水平向、垂向倍频程峰值个数略有区别,但每种层数下的最大加速度振级基本相同,均为60 dB左右。研究成果对地铁沿线砌体结构的振动控制具有指导意义。     

考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性及其应用

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时非均质土中大直径桩纵向振动特性。首先,采用虚土桩模型模拟桩底土对桩的支承作用,通过径向圈层间的剪切复刚度传递,考虑施工扰动造成的桩周土的径向非均质性;然后,将桩与虚土桩假设为Rayleigh-Love杆,建立其纵向振动控制方程,通过Laplace变换和阻抗函数递推方法,得到桩顶频域响应解析解,并通过Fourier逆变换得到桩顶时域响应半解析解;在此基础上,通过参数分析的方法,研究横向惯性效应对大直径桩纵向振动特性的影响以及与桩–土参数之间的关系;最后,将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,验证了本文解的合理性。     

带转换板高层建筑结构的模态分析

通过对带转换板高层建筑的空间结构分析,论述了板式转换层对结构自振周期的影响。由于转换板自身大质量和刚度的影响,减小了结构的自振周期,对高层建筑结构的设计提供参考。     

高速铁路路基沉降高聚物注浆修复后动力性能及长期耐久性的试验研究

高速铁路路基的过大沉降影响轨道结构耐久性和列车运行安全,有必要及时通过抬升路基水平恢复轨道线路的垂向平整性。尝试通过在路基表层和轨道混凝土底座之间进行非水反应高分子聚合物填充注浆的方法实现轨道结构的整体均匀抬升。通过大型物理模型试验测试分析了抬升后轨道-路基的整体动力学性能及长期耐久性。通过定点循环激振试验对比分析了路基抬升前后的轨道整体刚度的变化规律,发现抬升后整体刚度相比抬升前略有减小,但对轨道-路基体系自振频率的影响有限;模拟列车运行的大周次循环加载测试了抬升后路基的动力累积沉降和动刚度变化过程,结果表明抬升后路基在列车长期荷载作用下具有较好的动力稳定性。