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。     

高坝泄洪诱发场地振动传播问题的有限元-无限元耦合分析EI北大核心CSCD

高坝泄洪引起巨大水流脉动荷载产生的振动,沿河谷向上下游传播,结果会导致场地振动,对周围建筑物及居民正常生活造成不利影响。通过引入"有限元-无限元"理论,研究建立包含泄水建筑物、地基、周边场地土体以及无限半空间的有限元-无限元耦合模型,研究多振源联合激励模拟方法,分析高坝泄洪诱发场地振动的传播问题。结果发现,将同时采集到的引起场地振动的5处激励源视为5个独立的、不相关的等效荷载,通过无限元来处理边界条件,计算结果与原型观测结果更为接近。古河道区域场地振动强度相对较大,沿水平面传播初期强度变化不大,后期衰减迅速;其余区域振动强度较小,传播初期振动衰减迅速,随着距离的增加,衰减变得缓慢。振动能量初期大多为0.5~4.0 Hz的宽频振动,随着振动向下游传播,振动能量频带越来越集中,且低频能量衰减迅速。垂向传播过程中,覆盖层处的振动强度在同一个量级波动,振动频带较宽,振动传递至场地浅层泥岩层后振动强度迅速减小,频带逐渐变窄,且低频逐渐被土体过滤,传递至深部砂岩层后,振动强度可忽略不计。     

高坝泄洪诱发场地振动传播问题的有限元-无限元耦合分析

高坝泄洪引起巨大水流脉动荷载产生的振动,沿河谷向上下游传播,结果会导致场地振动,对周围建筑物及居民正常生活造成不利影响。通过引入"有限元-无限元"理论,研究建立包含泄水建筑物、地基、周边场地土体以及无限半空间的有限元-无限元耦合模型,研究多振源联合激励模拟方法,分析高坝泄洪诱发场地振动的传播问题。结果发现,将同时采集到的引起场地振动的5处激励源视为5个独立的、不相关的等效荷载,通过无限元来处理边界条件,计算结果与原型观测结果更为接近。古河道区域场地振动强度相对较大,沿水平面传播初期强度变化不大,后期衰减迅速;其余区域振动强度较小,传播初期振动衰减迅速,随着距离的增加,衰减变得缓慢。振动能量初期大多为0.5~4.0 Hz的宽频振动,随着振动向下游传播,振动能量频带越来越集中,且低频能量衰减迅速。垂向传播过程中,覆盖层处的振动强度在同一个量级波动,振动频带较宽,振动传递至场地浅层泥岩层后振动强度迅速减小,频带逐渐变窄,且低频逐渐被土体过滤,传递至深部砂岩层后,振动强度可忽略不计。     

高铁桩网复合路基环境振动影响因素分析

为了研究高速列车动荷载引起的桩网复合路基环境振动的影响因素,运用ABAQUS有限元软件,建立了包含垫层、桩帽、桩体的轨道-路堤-桩网复合地基三维有限元模型。首先以京沪高铁苏州站东侧某段桩网复合路基为背景建立模型,将模拟结果与实测结果对比,验证了该数值模型方法的可靠性。在此基础上,分析了车速、路堤高度及土体阻尼比对高铁复合路基地面环境振动的影响。研究表明,近轨道中心处,车速与路基土体的共振条件决定地面振动大小;距轨道中心远处,地面振动主要由车速决定;路堤高度越高,复合路基中加固范围越大,对列车动荷载引起的地面振动减小越大,原因是垫层和桩体将振动波向路基深部传播;土体的材料阻尼比决定路基远处地面振动,材料阻尼越大,地面振动随距离衰减越快,因此预测路基远处地面振动需要合理的获取确定土体的阻尼比。     

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。     

地铁运行引发临近建筑群低频微振动及传递规律研究

随着城市建筑群的飞速建设,由地铁运行引起的建筑群低频微振动问题越来越突出。本研究依托成都某建筑群项目,研究地铁运行对土体及建筑群振动的影响。考虑轮轨非线性动力相互作用、土体分层特性、土体-建筑相互作用关系等因素,建立地铁列车-轨道-隧道-土体-建筑群耦合动力学模型;通过现场测试掌握地铁振动源强特征,并对模型进行验证;在此基础上研究地铁动荷载下土体振动的空间传播规律及不同土层界面处的局部振动特性;评估地铁运行对建筑群的影响。研究表明：建立的动力学模型可有效用于研究地铁运行下建筑群低频微振动问题;实测隧道壁加速度卓越频率为31.5～80 Hz,实测隧道壁VL_zmax(最大z振级)主要在70.3～71 dB,实测道床VL_zmax则在94.3～125 dB;随着振动波在土体中向上传递,振动能量逐渐衰减,但是在地表附近存在一定的振动放大;土体对80 Hz以上的振动具有较强的吸收能力,随着振动横向传播距离的增大,VL_zmax近似线性减小;该建筑群中的住宅楼和商业楼均未出现振动超标。     

地铁对周边建筑物振动影响分析

建立了土层系统-建筑物二维共同作用有限元模型，采用Newmark隐式逐步数值积分法，从地铁列车荷载频谱特征和场地土层类型角度，分析了由地铁运行所诱发的周边建筑物振动响应规律。分析表明，在同一频率地铁振动荷载影响下，同一建筑物各楼层振动响应水平基本相同，上部楼层的振动仅比下部楼层振动有小幅上升；地铁低频段荷载对建筑物振动的影响大于高频段荷载的影响，但该低频段宽度要比建筑抗震分析中所考虑的地震荷载频段要宽；不同类型土层上建筑物的振动响应规律基本相同，表现为随建筑物距离地铁线路距离的增大，由地铁运行所诱发的建筑物的振动响应波动减小，但随土层硬度增加，建筑物的振动响应水平和衰减幅度也随之减小。     

近距离隧道轨道列车同时运行引起的环境振动

近距离平行隧道和交叠隧道中轨道列车同时运行引起的环境振动明显高于单列车运行情形,对此类环境振动进行定量计算和预测是一个亟待解决的问题。以苏州轨道交通4号线为背景,建立近距离平行隧道-地基平面有限元模型,研究在不同列车荷载组合、不同隧道间距及不同隧道埋深下的地面振动响应特点和规律,并对数值计算结果进行多项式拟合,得到基于双列车荷载作用下的地面振动预测公式,为工程设计和环境评价提供参考。     

车站结构型式对地铁诱发环境振动的影响分析

地铁诱发环境振动是城市轨道交通工程设计中重点关注的课题。本文系统研究了地铁车站考虑地铁运行诱发环境振动的数值建模问题,给出了计算模型建立的思路及相关计算参数的取值方法。以某拟建地铁车站为例,建立了车站结构-土的准三维有限元模型,分析车站结构型式对地铁诱发环境振动的影响,从振动加速度时程反应、1/3倍频程谱和峰值衰减规律等方面对叠合墙式、复合墙式和离壁墙式三种不同型式车站方案进行了详细的对比分析。研究结果表明：分离车站结构内衬墙和地下连续墙可减小地铁诱发的环境振动。对于环境振动水平需要严格控制的地区,地铁车站可选用离壁墙式结构方案。     

不同基础振动对地表动力响应影响的模型试验

动力基础在现代工业中有着较为广泛的应用,同时在其运行过程中也会对周边的环境产生振动影响。通过在室内自建大型模型槽,共浇筑了16个不同形状和材料的基础,先通过弯曲-伸缩元试验测试了砂土的动力参数,然后进行了不同形状、不同刚度和不同埋置深度等条件下的单个基础和相邻基础振动试验,分析了其振动传播特征和规律,并将试验结果和已有文献进行了对比。研究结果表明,振源的波形和频率对基础振动影响明显;单个条形基础引起的土体表面速度幅值最大,正方形基础次之,圆形基础最小;随着基础刚度的提高、基础高度增加和基础埋深的减小,土体中测点竖向振动速度幅值呈减小趋势。随着两相邻基础中心间距的增大,土体中测点竖向振动速度幅值在减小;与单个基础振动相比,两基础相互作用时,砂层振动速度幅值整体衰减特征与单个基础距振源一定距离处的振动速度幅值衰减更为相似。研究结果可以为动力基础的优化设计以及周边环境的振动防护提供参考。     

福州地铁运行引起的环境振动加速度预测分析

建立了车轨垂向耦合振动数值模型和隧道-土体有限元模型,总结了地铁沿线典型场地土分布,利用车轨垂向耦合模型获得振源加速度,通过隧道-土体有限元模型对福州地铁运行引起的环境振动加速度进行了预测分析。结果表明,福州市场地类别以II类和III类为主,环境振动加速度振级随着距离的增加呈减小的趋势,且III类场地低频成分更加丰富,可能引发频率相近的建筑物和精密仪器的共振;两种场地类型均存在一个振动放大区,且III类场地的振动放大区的幅度更大,范围更广;在一定的距离范围内,环境振动加速度主频体现了扣件轨道共振频率,对于加速度主频和2 Hz以下的低频振动,距离的影响不明显;环境振动加速度振级随着车速的增加而增大;载客量的增加仅有限的增大40 m范围内的环境振动;列车单线运行时引起的环境振动加速度振级比双线运行时有较明显的降低,且III类场地的降幅大于II类场地。     

列车-高架桥式客站耦合系统振动响应分析EI北大核心CSCD

针对中国高速铁路"站桥合一"大型枢纽客站的车致振动问题,以新长沙南站为例,利用自主开发的计算分析软件TRBF-DYNA建立了列车-轨道-客站耦合系统空间整体动力学分析模型,研究车致客站振动响应的分布规律、传播和衰减规律。车辆采用31自由度车辆模型,采用有限元方法建立轨道-客站三维整体动力学模型,轮轨之间采用空间非线性接触模型。开展了单线和双线行车工况下的列车-轨道-客站耦合振动分析。结果表明:受列车竖向动力荷载控制,客站以竖向振动为主;无砟轨道结构可以过滤轮轨高频激励,降低列车对轨道层主梁的冲击作用;桥式结构体系可以较好地减小轨道层振动对上部结构振动的影响;双线行车引起的客站振动响应高于单线行车,但均能满足舒适性要求;车辆行车安全性指标符合规范要求,表明该客站结构设计具有较高的安全储备。     

大型地震模拟振动台运行对周围场地影响的试验研究

随着地震模拟振动台数量越来越多,其运行对环境的振动影响受到极大关注。通过现场实测和分析,深入探讨了振动台运行对周围场地的振动影响,结果表明:如果将振动台基础简化为单自由度质点-弹簧-阻尼模型,地基土提供弹性力和阻尼,振动台的运行视为施加于基础的动力荷载,由此得到的计算结果与实测基本吻合。通过扫频试验获取了基础振动幅频响应曲线并进而确定了基础自振频率。试验研究结果显示,当振动台台面产生峰值为1.5 g加速度时,基础及实验室内地面加速度最大值仅有5 gal,不及台面的0.4%;振动从基础向周边场地传播按指数规律衰减,一般不会对周围建筑安全和人员舒适性造成不良影响。     

列车-高架桥式客站耦合系统振动响应分析

针对中国高速铁路"站桥合一"大型枢纽客站的车致振动问题,以新长沙南站为例,利用自主开发的计算分析软件TRBF-DYNA建立了列车-轨道-客站耦合系统空间整体动力学分析模型,研究车致客站振动响应的分布规律、传播和衰减规律。车辆采用31自由度车辆模型,采用有限元方法建立轨道-客站三维整体动力学模型,轮轨之间采用空间非线性接触模型。开展了单线和双线行车工况下的列车-轨道-客站耦合振动分析。结果表明:受列车竖向动力荷载控制,客站以竖向振动为主;无砟轨道结构可以过滤轮轨高频激励,降低列车对轨道层主梁的冲击作用;桥式结构体系可以较好地减小轨道层振动对上部结构振动的影响;双线行车引起的客站振动响应高于单线行车,但均能满足舒适性要求;车辆行车安全性指标符合规范要求,表明该客站结构设计具有较高的安全储备。     

高架桥爆破拆除塌落震动的测试与分析

为了探究现代城市爆破拆除塌落冲击产生地面震动的传播和衰减规律,对某城市大型高架桥爆破拆除塌落冲击地面振动进行了测试。根据测试数据,得到了地面振动的速度、加速度和主频率等参数,讨论了塌落震动的传播和衰减特点。基于震动衰减理论,对不同距离处的地面振动测试数据进行了计算分析,获得了不同测点处材料的阻尼系数。分析结果表明,在软土地基情况下高架桥的塌落震动主频率为几Hz左右,地面振动的衰减只与材料阻尼系数有关,材料的阻尼系数基本不随低频振动的频率变化,所得衰减规律可以为类似工程提供参考。     

半无限弹性空间中移动荷载动力响应的频域-波数域比例边界有限元法分析

基于Fourier积分变换和虚功原理,形成了频域-波数域比例边界有限元法,分析了移动荷载作用下半空间域弹性空间动力响应。首先对半无限域弹性体的动力控制方程进行时间到频域,荷载移动方向的空间域到波数的Fourier积分变换,然后选择比例中心,利用虚功原理,在地铁隧道孔洞横截面环向上采用有限元法意义离散,建立了频域-波数域比例边界有限元方程,进而形成了一阶微分矩阵方程形式的半无限空间动力刚度。文中理论推导表明:利用文中方法分析半无限域中沿地铁隧道结构纵轴向的移动荷载动力响应问题,不仅可避免无穷边界计算处理误差,而且可极大减小计算分析量。计算结果表明:半无限弹性地基的振动响应随移动荷载速度增大而增大,尤其是当荷载速度增大到土体剪切波速后,振动波传播到土体表面引起土体振动显著增大,土体振动性增大,将会对土体及表面结构的安全性形成一定影响,另一方面土体的振动在沿地铁隧道纵轴向的衰减比竖向慢。     

地铁列车运行引起远场低频振动响应预测研究

精密仪器对工作环境的振动要求通常有微振、低频等特点,因此准确预测分析列车振动对精密仪器的影响具有一定的难度。结合北京地铁16号线规划通过北京大学西门的工程案例,首次在频域内采用两位校准法进行了远场低频微振动的定量预测研究。研究过程中,利用实测钢轨振动加速度时程计算得到模拟地铁列车荷载;建立北京地铁4号线校准模型,利用实测隧道壁和地表的振动响应对输入荷载、模型参数选择进行校核,确保了模型的预测精度;最后采用校核过的建模方法建立地铁16号线预测模型进行低频振动预测。结果表明:利用该方法得到的地铁列车振动荷载及振动预测模型可以较准确的进行远场低频振动响应预测;地铁16号线地铁采用钢弹簧浮置板后,北大新建实验楼外预测点10~20 Hz频段的振动满足仪器振动要求,但10 Hz以下频段的振动仅满足VC-C标准,需进行实验室或仪器隔振处理。     

反平面冲击荷载作用下圆柱形洞室的动力响应

对无限弹性土体内圆柱形洞室在反平面冲击荷载的作用下的瞬态响应进行了探讨。用残余变量的方法结合拉普拉斯变换及其逆变换,在频域内的得到土体位移和应力一般表达式,并采用拉普拉斯逆变换的数值方法,给出了问题的数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在沿轴向方向的冲击荷载作用下的土体动力响应的变化规律,并将计算结果与静力情况下的作了比较：反平面荷载作用后,波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度较静力情况下的衰减要慢,且距离波源越远二者差别越大;波到达后,该点土体的应力和位移均发生与外荷载相同的三角形变化：先增大,随后减小最后保持为零不变。     

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。     

高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载的理论研究

运用一维平面波理论,研究大型高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载,得到了初始冲击荷载的理论公式。与有限元计算结果进行比较,证明了理论公式的正确性。运用理论计算公式分析了破片参数对冲击荷载的影响,结果表明：破片速度与冲击荷载峰值成正比,速度越快,峰值越大;速度越慢,峰值越小。而破片速度对冲击荷载的衰减没有影响,即不同速度的破片在水中引起的冲击荷载具有相同的衰减规律。不同厚度破片引起的冲击荷载的具有相同的峰值,但有不同的作用时间。破片的越厚,荷载作用时间越长;破片越薄,荷载作用时间越短。最后基于理论分析确定了几何衰减的函数形式,采用数值试验数据进行回归分析,得到了冲击波的几何衰减系数。