城市地铁地下轨道振动对周边建筑的影响分析

结合实际地铁运营期间普通整体道床、纵向轨枕减振道床的钢轨、道床、隧道壁监测点及周边建筑物在轨道不同距离监测点的典型时域波形图和频率域谱图,首先依据实际监测数据计算普通整体道床轨道与纵向轨枕轨道之间各个监测点的铅垂向计权网络最大Z振级(VLZmax),分析普通整体道床轨道与纵向轨枕轨道之间钢轨、道床、隧道壁各测点的振动最大振级差值,充分阐述纵向轨枕轨道的减震效果;然后对普通整体道床周边建筑物不同监测点的最大Z振级进行计算,确定最大Z振级范围,判定其值是否已经超过规范要求及与地铁运营轨道振动的相关性,提出减震措施建议;最后对采用纵向轨枕减振道床减震措施处理后的周边建筑物监测点进行二次监测,得到的最大Z振级监测数据均在规范允许范围以内,认识到轨枕减振道床减震技术对于易发生共振的临近建筑物减震效果最为明显。     

轨道结构对隧道衬砌及周围土体减振性能影响研究

厘清不同轨道结构下地铁管片及周围土体的动力响应特性,可为地铁轨道结构减振技术提供重要依据.开展大型物理模型试验,设计纯管片无道床、普通道床、橡胶浮置板道床3种不同的地铁隧道模型,采用实际地铁列车振动信号,基于傅里叶变换时频域的分析方法,以峰值加速度和频响函数的对数作为评价指标,分析不同隧道管片结构的及周围土体的动力响应变化规律.研究结果表明：列车荷载的频域区间内动力响应变化分为3个阶段：阶段Ⅰ(0～20 Hz)内轨道结构的频响函数与荷载频率成负相关;阶段Ⅱ(20～150 Hz)内的动力响应随荷载频率变化整体上升局部波动,分别在50 Hz和110 Hz的峰值处出现振动放大现象;阶段Ⅲ(150～250 Hz)上的动力响应与荷载频率成正相关.普通道床和橡胶浮置板道床在50～250 Hz的频段有良好的减振效果,而对低频的振动衰减作用较小.3种轨道结构管片同环上不同位置的动力响应随着距振源距离的增加而衰减,道床的存在会降低振动波在同环测点传播的衰减幅值;环与环之间的动力响应呈现出随振源的距离增加逐渐降低的趋势;道床结构和橡胶浮置板结构的存在改变了周围土层的动力响应的频响性质,在高频范围内出现振动...     

加厚筏板基础建筑物底板对地铁所致振动的影响

为降低地铁运行所致临近建筑物振动的危害,提出了加厚筏板基础建筑物底板的减振方法,研究了加厚筏板基础建筑物底板的减振效果。建立“隧道-土体-建筑物”三维模型,通过实测数据和经验公式对所建模型及振源荷载进行验证。在此基础上,研究了在普通道床、弹性长枕道床、钢弹簧浮置板道床条件下加厚筏板基础建筑物底板的减振效果,并分析了建筑物中心距离地铁隧道中心的水平距离对加厚底板减振效果的影响。结果表明：加厚筏板基础建筑物底板可有效消耗地铁所致振动能量,从而降低邻近建筑物的振动响应;当地铁线路采用减振道床时,其减振作用会有一定减弱;加厚筏板基础建筑物底板的减振效果与建筑物距隧道中心线的水平距离有关,距离越近减振效果越好。最后提出了能快速计算加厚筏板基础建筑物底板减振效果的预测方法,该方法为地铁临近建筑物加厚底板的实施提供参考。     

地铁车辆段上盖建筑道砟垫减振机理与效果

为了分析道砟垫对上盖建筑的减振效果,对杭州市某地铁车辆段咽喉区、试车线碎石道床(含道砟垫)轨道和上盖建筑振动响应进行现场测试.考虑桩与土体的相互作用,建立列车-轨道-土体-桩-上盖建筑三维全耦合动力学模型,揭示了车辆段列车引起上盖建筑振动传播的规律以及道砟垫对上盖建筑减振的机理,分析不同车速下道砟垫刚度对减振效果的影响.结果发现,上盖建筑底层振动主频为40～80 Hz,高频成分随着层高衰减明显;建筑顶层振动主频为20～40 Hz,低频成分随着层高有增大的趋势.道砟垫对上盖建筑的减振效果随着频率的增大呈整体改善的趋势,40 Hz以上的频段,结构最大插入损失可达7～12 dB.车速越高,道砟垫刚度越小,道砟垫对上盖建筑的减振效果越好.综合考虑道砟垫压缩量和减振效果,建议道砟垫刚度取值为0.012～0.024 N/mm³.     

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.     

快速地铁系统中轨道过渡区域弹条动力学研究

为了研究快速地铁线路中不同轨道过渡区域扣件弹条的力学行为变化,基于车辆-轨道耦合动力学理论和多体动力学理论,建立地铁车辆-轨道过渡段动力学模型,探究地铁车辆快速通过时的弹条动位移。基于有限元理论,构建e型弹条三维实体有限元模型,将弹条动位移作为边界条件施加于该有限元模型,研究轨道过渡区域弹条在地铁快速运行状态下的应力变化规律,并在此基础上提出钢轨位移差的控制限值。结果表明:当地铁列车以120 km/h的速度通过轨道过渡区域时,浮置板轨道侧的弹条动位移要大于整体道床侧;弹条动应力最大位置发生在弹条后拱内侧;建议快速地铁轨道过渡区域的钢轨位移差应小于1. 6 mm,以保证弹条的正常使用和地铁列车的安全运营。     

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4~10 Hz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14~18 Hz范围;VL_z振级在0~18 Hz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72 dB;对于0~40 Hz范围内的振动响应,样本最大减振量为40.6 dB,基频处放大量最大为17.4 dB。     

基于落锤激励的某新型减振扣件减振性能分析

采用落锤激励,对某新型减振扣件进行现场测试,从传递率、传递损失率、传递损失及Z振级等四个方面对其减振性能进行分析。结果表明,在4~200 Hz范围内,传递率基本都在2.5%以下;传递损失率基本都在97.5%以上;传递损失基本都在32 dB以上;道床垂向振动加速度经过计算后,其Z振级为86.15 dB;跟普通减振扣件相比,新型扣件的综合减振性能有了明显地提高。试验表明,落锤激励法操作方便,行之有效,是测试扣件减振性能的优良方法。     

地铁沿线砖混结构房屋喷射GFRP的减振研究

为改善地铁周边振动环境和提高人们的生活环境质量,对砌体墙喷射玻璃纤维聚合物(GFRP)进行了试验研究和数值模拟.结果表明,喷射GFRP可以提高开裂荷载、极限荷载、极限位移和延性等,其中砌体墙弹性阶段刚度有明显提高,同时建立了砖混结构房屋外墙喷射GFRP的有限元模型,并分析了在列车荷载作用下的动力响应.结果表明:最大Z振级减小量可达2.694 dB,具有良好的减振效果,是一种合理有效的减振措施.     

轨道结构参数对地铁引起地面环境振动特性的影响分析

分别采用有限元和现场试验方法,研究了在短波不平顺条件下,轨道结构参数变化对地铁列车引起地面环境振动特性的影响。结果表明:地铁列车引起的地面环境振动总体上由波长为0.3~1.0 m的短波不平顺所引起,减小扣件刚度和增大轨枕质量可以分别在50~100 Hz和30~100 Hz范围内减小地面振动水平,减小道床支承刚度可在20~100 Hz范围内有效减小地面环境振动水平约13.5 dB,但会导致地面环境振动水平在某些频率上出现增大。     

Prediction of vibrations from underground trains on Beijing metro line 15

The impact of vibrations due to underground trains on Beijing metro line 15 on sensitive equipment in the Institute of Microelectronics of Tsinghua University was discussed to propose a viable solution to mitigate the vibrations. Using the state-of-the-art three-dimensional coupled periodic finite element-boundary element (FE-BE) method, the dynamic track-tunnel-soil interaction model for metro line 15 was used to predict vibrations in the free field at a train speed of 80 km/h. Three types of tracks (direct fixation fasteners, floating slab track and floating ladder track) on the Beijing metro network were considered in the model. For each track, the acceleration response in the free field was obtained. The numerical results show that the influence of vibrations from underground trains on sensitive equipment depends on the track types. At frequencies above 10 Hz, the floating slab track with a natural frequency of 7 Hz can be effective to attenuate the vibrations.     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

Analysis theory of spatial vibration of high-speed train and slab track system

The motor and trailer cars of a high-speed train were modeled as a multi-rigid body system with two suspensions. According to structural characteristic of a slab track, a new spatial vibration model of track segment element of the slab track was put forward. The spatial vibration equation set of the high-speed train and slab track system was then established on the basis of the principle of total potential energy with stationary value in elastic system dynamics and the rule of ＂set-in-right-position＂ for formulating system matrices. The equation set was solved by the Wilson-θ direct integration method. The contents mentioned above constitute the analysis theory of spatial vibration of high-speed train and slab track system. The theory was then verified by the high-speed running experiment carried out on the slab track in the Qinghuangdao-Shenyang passenger transport line. The results show that the calculated results agree well with the measured rcsults, such as the calculated lateral and vertical rail displacements are 0.82 mm and 0.9 mm and the measured ones 0.75 mm and 0.93 mm, respectively; the calculated lateral and vertical wheel-rail forces are 8.9 kN and 102.3 kN and the measured ones 8.6 kN and 80.2 kN, respectively. The interpolation method, that is, the lateral finite strip and slab segment element, for slab deformation proposed is of simplification and applicability compared with the traditional plate element method. All of these demonstrate the reliability of the theory proposed.     

轨道不平顺引起的车轨桥空间耦合振动分析

轨道不平顺对车轨桥空间耦合振动的影响是一个有待研究的问题。本文建立了车辆一无碴轨道-桥梁系统的空间耦合振动模型,并通过功率谱密度得到轨道不平顺的时域模拟样本,以其为激励源,分析车辆-轨道-桥梁空间耦合振动响应。通过对比,考虑高低不平顺的空间模型与4种几何不平顺的计算结果,由此得到,轨道不平顺的改变主要影响轨上部分的振动,对轨下部分以及桥梁结构影响不大。     

车轨桥振动系统垂向模型和空间模型的比较

分别建立了车辆-轨道-桥梁系统的垂向耦合振动模型和空间耦合振动模型,并通过功率普密度得到轨道高低不平顺的时域模拟样本,以其作为激励,分析两种模型下车辆-轨道-桥梁耦合振动系统的振动响应。通过对比相同轨道高低不平顺激励下垂向振动模型和空间振动模型的垂向振动响应计算结果,分析了两种模型的优缺点和适用性。     

预制式轨道板质量对钢轨和桥梁的振动影响

本文针对轨道交通和高速铁路中广泛采用的无砟轨道结构,对无砟轨道的轨道板结构的分析基础上,针对预制式轨道板结构的特点,建立了预制式轨道板结构的力学模型,即弹性支撑的刚体模型。通过对预制式轨道板结构质量变化对轨道和桥梁系统振动响应影响的分析,求得无砟轨道中预制式轨道板结构的质量对振动影响的规律,提出了无砟轨道结构减振设计的优化方案。     

钢弹簧浮置板隔振道路的模态分析

为了减小道路交通汽车荷载对广州市番禺万博商务中心地下空间结构产生的低频振动影响，研发一种新型的钢弹簧浮置板隔振道路。应用ANSYS软件分别建立钢弹簧浮置板、地下空间、浮置板和地下空间结构的三维有限元模型，对这3种不同结构进行模态分析，并进一步研究了传导比。结果表明：设计的浮置板道路基频为8.69 Hz；地下空间基频为15.69 Hz；浮置板与地下空间整体结构基频为7.33 Hz；从振型上看，低频时主要体现为浮置板的振动，中高频时主要为地下空间结构顶板的振动；3种结构的传导比峰值均出现在第一阶固有频率附近，地下空间结构在增加钢弹簧浮置板后传导比最大为0.878。钢弹簧浮置板道路可起到良好的隔振效果。