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.     

约束阻尼混凝土板在汽机基础中间平台中的应用

根据汽轮发电机组的运行经验,中间平台的振动经常明显大于顶板的振动,减小中间平台的振动是工业环境振动控制的一个新课题.为了使汽轮发电机基础中间平台的振动有较明显的改进,进行了新型吸能的阻尼材料与混凝土相结合的复合板——约束阻尼混凝土板的研究工作.通过振动及噪声的对比试验,得出约束阻尼混凝土板与普通板的模态阻尼比相比,其值的变化随频率的不同而不同;约束阻尼混凝土板的阻尼效果与板的振动型式有着密切的关系;阻尼层板和普通板相比,有一定的降噪效果,最高可降噪15dB.证明该技术对管道传递到平台上的振动及其激发的噪声可以起到减振降噪作用,为今后在动力基础工程中推广应用新型减振降噪材料进行了有益的尝试.     

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。     

考虑埋深的平面波作用下基础振动分析模型

实际情况下基础都有一定埋深,这将改变土体中的散射波场并最终影响地基 基础的动力相互作用.运用Biot波动方程理论,研究了平面波作用下饱和地基中埋置刚性圆形基础的竖向振动.引入Novak模型,将基础侧面的上覆土层视为由若干极薄饱和圆环层组成,将基底视为饱和半空间.考虑基础侧面对入射波的散射,利用沿基础侧面的积分方法得到基础侧面的土体作用力.考虑基底对入射波的散射,结合基底与饱和半空间接触面的混合边值条件,建立两组描述刚性圆形基础竖向振动的对偶积分方程并求解得到基础底面的土体作用力.结合基础刚体动力平衡方程,求得埋置基础在入射波作用下的竖向振动位移表达式.数值结果表明：随着基础埋置深度的增加,其共振振幅减小明显.     

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.     

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...     

基于分段声学黑洞板件的振动特性分析

非理想声学黑洞结构由于截断的存在,弯曲波在到达截断处会形成反射,导致对振动的抑制效果减弱。针对弯曲波反射问题,本文提出一种分段声学黑洞结构,并采用有限元法进行谐响应分析,计算不同频率下的振动速度响应。结果显示,与传统声学黑洞结构和均匀板件结构相比,分段声学黑洞板件在黑洞布置处具有更强的能量聚集效应,弯曲波的反射问题得到有效解决,在远离黑洞结构的均匀处表现出更好的振动抑制效果。同时,探究贴敷阻尼层以及不同黑洞材料对振动控制的影响效果,结果表明,阻尼层尺寸以及厚度的增大均能提升减振效果。材料刚度的提升亦能进一步增强结构的减振能力。本文的研究可为新型声学黑洞的结构设计提供一种思路。     

WIB用于地铁引发低频振动的减振分析

随着城市建设发展,城市轨道交通引发的场地振动已经严重影响到人们的日常活动和实验室精密仪器的使用,因此,有必要开展交通荷载引起振动的减振措施研究。已有研究表明,WIB（即Wave Impeding Block-波阻块）对于地表荷载引起的振动有较好的隔振效果。本文探讨WIB对地铁荷载引起振动的减振效果,建立了列车-隧道-地基的计算模型,其中,将地铁移动荷载简化为沿隧道向前移动的移动荷载列,计算了埋设WIB前后场地土的振动,对比分析了WIB的埋深对减振效果的影响。结果表明,WIB对于地铁运行产生的低频振动,具有良好的减振效果。     

约束阻尼混凝土板对汽机基础中间平台减振降噪的研究

针对汽机基础中间平台的减振问题,在相同条件下对普通混凝土板与约束阻尼混凝土板分别进行振动与噪声对比试验,得出了两块板的模态阻尼比与噪声测量数据.数据结果表明,约束阻尼混凝土板的阻尼效果在不同频率、不同振型下是不同的,对板本身受激励所发出的噪声也有一定的降噪效果.     

半空间饱和土在埋置扭转振动荷载作用下的响应

研究了埋置扭转振动荷载作用在半空间饱和土体的稳态响应问题，假设扭转振动荷载为柱坐标内轴对称分布的 剪应力，土体的运动方程为Biot饱和土波动方程，利用Hankel变换对基本方程进行求解，结合边界条件，求出变换后的 应力及位移，利用Hankel逆变换得出饱和土体内部的应力及位移，并分析了土体参数变化带来的影响.计算结果表明：荷 载频率对土体内部应力及位移的影响较大；在应力作用面附近，土体的应力及位移变化较急剧，而远离作用面其变化并 不显著；渗透系数的影响并不是很显著，当渗透系数较小时，渗透系数的变化对土体的应力及位移几乎没有影响.     

SH波作用下地表覆盖层对浅埋圆孔散射与动应力集中的影响

利用复变函数法和波函数展开法给出了具有地表覆盖层的弹性半空间内圆形孔洞在稳态SH波作用下动应力集中问题的解.根据SH波散射的衰减特性,该问题采用大圆弧假定法求解,利用半径很大的圆来拟合地表覆盖层的直边界,将具有地表覆盖层的半空间直边界问题转化为曲面边界问题.借助Helmholtz定理预先写出问题波函数的一般形式解,再利用边界条件并借助复数Fourier-Hankel级数展开把问题化为求解波函数中未知系数的无穷线性代数方程组,截断该无穷代数方程组可求得该问题的数值结果.最后,通过算例讨论了地表覆盖层对浅埋圆孔动应力集中的影响.结果表明,半空间地表覆盖层的存在,即使厚度很薄,对入射SH波的散射也具有很大影响,覆盖层刚度和厚度的变化可显著改变浅埋圆孔周边动应力集的分布.     

不平顺路面对交通荷载引起的地基振动影响

为研究不平顺路面对交通荷载引起的成层地基振动的影响,建立交通荷载-不平顺路面-双层地基耦合模型,分别采用单相弹性介质理论与Biot饱和两相介质理论模拟地基上、下层土体,采用Kirchhoff薄板理论模拟路面系统,采用正弦曲线模拟不平顺路面;通过线性Hertzian接触模型得到不平顺路面引发的车轮-路面动力荷载. 采用Fourier变换求解系统控制方程,通过快速Fourier逆变换（IFFT）求得时域结果. 数值研究结果表明,不平顺路面引发的车轮-路面动力荷载对成层地基振动响应的影响不容忽视. 当上层土体模量较小时,动力荷载引起的地表加速度大于轴重荷载引起的加速度,是引起地表振动响应的主要因素;随着上层土体模量增大,动力荷载引起的振动相对减小,但仍不可忽略. 此外,动力荷载是引起下卧饱和土地基超静孔压响应的主要因素.     

Theoretical analysis of a row of piles as passive barriers and an equivalent in-filled trench model

A theoretical study on the ground vibration isolation efficiency by a row of piles as passive barrier in a three-dimensional context was presented. The analysis was accomplished with the aid of integral equations governing Rayleigh wave scattering, used to predict the complicated Rayleigh wave field generated by a number of irregular scatters embedded in an elastic half-space. Then, the passive isolation effectiveness of a row of piles for screening Rayleigh wave was studied in detail. The effects of relevant parameters on the screening effectiveness were investigated and analyzed from the perspective of equivalence with in-filled trench. The results show that using a row of rigid piles as wave barrier is more effective than that of flexible ones, and an optimum reduction of vibration can be achieved either by increasing the size of piles or by decreasing the net spacing between the piles. Finally, based on the derived integral equation for Rayleigh wave scattering, the principle of equivalent modeling of the barrier of piles by an in-filled trench is put forward, which simplifies the analysis of vibration isolation by a row of piles.     

Application of generalized impedance boundary conditions to sommerfeld half-space problem

Generalized impedance boundary conditions are employed to simplify the solution of the Sommerfeld half-space problem. An analytical expression is derived for the Hertz potential of a vertical electric dipole over the earth’s surface, in which the earth is assumed to be a layered media or homogeneous dissipative half-space.A Sommerfeld type integral in the potential function is expressed as the sum of two parts: a zeroth order Hankel function and an absolutely convergent series of Bessel functions. In addition, two expressions in closed form are obtained as the far-field and near-field approximation of the present result.     

Simple and fast prediction of train-induced track forces,ground and building vibrations

A simple and fast prediction scheme is presented for train-induced ground and building vibrations. Simple models such as (one-dimensional) transfer matrices are used for the vehicle–track–soil interaction and for the building–soil interaction. The wave propagation through layered soils is approximated by a frequency-dependent homogeneous half-space. The prediction is divided into the parts “emission” (excitation by railway traffic), “transmission” (wave propagation through the soil) and “immission” (transfer into a building). The link between the modules is made by the excitation force between emission and transmission, and by the free-field vibration between transmission and immission. All formula for the simple vehicle–track, soil and building models are given in this article. The behaviour of the models is demonstrated by typical examples, including the mitigation of train vibrations by elastic track elements, the low- and high-frequency cut-offs characteristic for layered soils, and the interacting soil, wall and floor resonances of multi-storey buildings. It is shown that the results of the simple prediction models can well represent the behaviour of the more time-consuming detailed models, the finite-element boundary-element models of the track, the wavenumber integrals for the soil and the three-dimensional finite-element models of the building. In addition, measurement examples are given for each part of the prediction, confirming that the methods provide reasonable results. As the prediction models are fast in calculation, many predictions can be done, for example to assess the environmental effect along a new railway line. The simple models have the additional advantage that the user needs to know only a minimum of parameters. So, the prediction is fast and user-friendly, but also theoretically and experimentally well-founded.

     

Ground vibration analysis due to a high-speed moving load in a tunnel

The surface response of an infinite viscous-elastic half-space due to a moving load in the tunnel is analyzed. The tunnel is modeled as an inforite long Euler-Bernoulli beam without thickness and the concept of the equivalent stiffness is introduced to simulate the half-space. The inverse Fourier transformation and the relative coordinate transform are utilized to transfer a double infinite integral to a double definite integral, which improves the operational efficiency. Then, the analytic solution of the surface response of a half-space due to a moving load in the tunnel is obtained. Finally, the laws of ground vibration responses induced by moving loads in the tunnel are analyzed, considering different tunnel embedded depths and different moving speeds. Results show that the displacement distortion can be obtained by at some special velocities. A theoretical explaination of this phenomenon is provided as well.     

波阻板隔振设计方法及优化

从实际应用的角度出发,提出波阻板(WIB)的设计方法及其优化设计:假设WIB均为圆板,详细研究了在经济投入一定(某强度等级的WIB混凝土体积不变)的情况下,如何合理确定圆形混凝土WIB的厚度与直径之比(厚径比),以使隔振效果达最佳.     

Sensitivity Investigation and Optimization for Solar Irradiance Absolute Radiometer

弹性球压入单涂层半空间解析解

李一全,李晓舟,许金凯,于化东

（长春理工大学 机电工程学院,长春 130022）

中文摘要：

本文针对弹性球压入表面涂层半空间的接触问题,在单涂层半空间表面作用法向集中力的基本解基础上进行了理论分析。接触区域内压力分布采用Hertz假定,利用叠加原理构造了级数解。通过与有限元结果对比分析,可知解析解具有很快的收敛速度,而且应力和位移主要取决于级数解首项,即Hertz接触压力下均质弹性半空间的理论解。利用本文的解析方法,可以预测接触半径。

研究目的：

本文的主要研究目的是给出球体与涂层材料接触的理论解答,从而为相关应力分析提供理论方法,同时可进一步利用本文的方法和结果指导涂层材料的压痕实验。

研究方法：

本文为理论分析,主要采用镜像法和叠加法,同时利用有限元法对理论解进行对比验证。

结果：

弹性球压入表面涂层半空间的接触问题的理论解可通过构造无穷级数来实现。

结论：

理论解为显式级数表达式,且具有很快的收敛速度,而且应力和位移主要取决于首项,因此在实际应用时只取级数的前几项即可得到足够精确的结果。

关键词：基本解;镜像法;涂层半空间;球形压入;接触半径

     

群桩—土—承台结构共同作用非线性数值分析

提出一种群桩—土—承台结构共同作用非线性数值分析方法。在本方法中，群桩中每一单桩的工作性状由荷载传递函数模拟，而共同作用相互影响由层状半空间有限层方法确定。算例和实例的计算结果显示了共同作用合理的规律性，证明本文提出的方法是正确的。     

刚性半空间上的弹性层中的平面波模态分析

提出了一种新的带有弹性覆盖层的刚性半空间模型,并对弹性层中的平面应变波进行了模态分析。分析表明,在混合边界条件下,弹性层中的平面应变波具有两个模态－对称模态和反对称模态。在这两种模态下,P波和SV波都是不耦联的。在基本模态下,P波和SV波都是非弥散的,而其它的模态均具有弥散性质。