站房结构在地铁激励下的振动响应研究

对大型综合交通枢纽车站—南昌西站进行模型仿真,从时域和频域的角度分析地铁列车激励下南昌西站的振动特性。研究地铁2号线在不同行驶速度、不同隧道埋深工况下的振动传播规律及频率分布特点,并结合振动控制标准对环境振动进行评价。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,综合枢纽车站的振动幅值随着振源距离增大而减小;在距离轨道中心线20 m~40 m的区域出现振动放大区,振动放大效应对轨道层与楼板层的响应影响较大,对商业夹层的影响小,车站不同结构层的振动频率分布特性基本一致,主要集中在10 Hz~60 Hz范围内,但是随着高度的增大,结构层的高频成分衰减较快;车站结构横向振动水平总体上比垂向振动小,但两者处于同一量级,甚至在部分频率范围内比垂向振动大。     

多振源激励下站房结构振动响应分析方法

立体式、现代化铁路站房结构处于列车行驶、人行及设备运行等多振源共同激励的复杂振动条件下,目前国内外尚无合理的多振源激励下站房结构振动响应分析方法。通过分析列车行驶、人行及设备运行单独激励下站房结构振动响应的时频域特性和频带交叠情况,提出了基于均方根加速度、考虑加权功率相干叠加的多振源激励下站房结构振动响应分析方法,并对方法的合理性和适用性进行了论证。以天津西站站房结构为例,分别采用非相干叠加方法和加权功率相干叠加方法对站房结构进行三振源激励下振动响应分析。结果表明,考虑加权功率相干叠加的振动响应均方根加速度区间可以包络三振源激励下非相干叠加的站房结构振动响应均方根加速度值。     

高速铁路隧道列车振动响应数值分析方法

高速铁路隧道结构在列车动载作用下的动力工作状态和力学响应在我国尚未进行研究,该问题研究的关键在于如何确定高速列车振动荷载,本文给出两种列车动载的定量分析方法,采用弹塑性本构关系和摩尔库伦屈服准则,应用有限元模型在时域内对隧道结构及其周围岩体进行动力响应分析,对如何分析高速列车振动荷载作用下隧道的动力工作状态作初步探讨。     

不同时速列车振动荷载下衬砌拱圈振动响应传递规律

通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式算法对不同车速列车荷载作用下的隧道衬砌拱圈振动响应问题进行了理论分析,得出以下结果：有限元数值计算结果与实测结果基本吻合,可用作对实际测量数据的补充与预测;隧道振动响应随列车速度的增加而呈现增大趋势;不同车速引起的衬砌振动加速度响应传递规律一致;不同车速引起的衬砌竖向振动加速度幅值在拱顶位置较小,且随列车时速增大而变化不明显;衬砌拱顶横向振动明显随列车速度的增大而增大,但不同车速引起的衬砌横向振动在隧道圆心水平位置（即0°与180°）随列车时速变化不明显,且振动幅值较低;拟合了不同时速列车引起的隧道衬砌横向与竖向振动加速度的经验公式。     

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。     

高速列车振动荷载作用下电缆隧道结构动力响应分析

城市中地下管线铺设较为复杂,城市轨道或者城际高速铁路会修建在地下管线上方。以京津城际轨道交通工程为例,研究高速车辆振动荷载对铺设地下管线的隧道结构产生的动力影响。运用耦合动力学,建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,计算高速列车通过时车辆-轨道耦合系统的动力响应。结合有限元理论,建立桩板-土体-隧道一体化纵横垂向空间耦合动力仿真模型。将车辆-轨道耦合系统振动分析模型得到的荷载谱,作为外部激励作用在动力仿真模型上,对电缆隧道的动力响应进行研究。计算结果表明,京津城际铁路运营后高速列车振动荷载的动力作用不会对桩板结构下的电缆隧道产生显著的不利影响。     

相关激励作用下随机结构振动响应的统计分析

应用随机过程理论,以能量为变量,分析了随机结构振动响应的统计特性。结构受相关激励作用时,通过输入激励的解相关方法,将作用在结构上的相关激励转变为各个不相关激励的作用;分析结构的振动响应的统计特性时,计及响应特征频率的相关性,在响应特征频率满足高斯正交总体的假设下,推导出了随机结构振动响应分析的统计分析表达式。应用设计的实验件和试验验证了所提出的统计分析的正确性,通过和已存在的统计分析结果的比较,表明了统计分析具有更高的分析精度,能够定性和定量的给出随机结构振动响应的统计变化情况。     

列车荷载作用下U型梁振动与结构噪声分析

基于有限元统计能量(FE-SEA)混合法对列车作用下的城市轨道交通U型梁的振动及结构噪声进行了预测分析。结果发现:U型梁局部振动的加速度级明显大于其整体振动对应的加速度;其中,在低频区域翼板振动响应最大,高频区域则底板振动最大;U型梁各部分结构噪声声压级规律为:底板腹板翼板,其趋势与激励的幅值趋势基本一致,其中底板在各频段均起主要控制作用,因此U型梁主要的减振降噪频段应是作用在其上的轮轨力的优势频段,底板应为主要减振降噪对象;同时随着列车速度的增加,U型梁振动加速度与结构噪声在各频率都会增大,且其对振动加速度的影响要大于对声压级的影响,对高频区域影响大于低频区域;而U型梁的振动功率级损失不随速度的改变而变化,桥下场点及远场点的总声压级呈线性增大。     

运用振动反分析方法计算振动荷载

本文研究运用振动反问题理论求解振动荷载时程的问题。在Newmark法求解运动平衡方程的基础上，推导了求解振动荷载的公式。采用最小二乘法估计最可置信的荷载系数。提出了由结构对振动荷载的反应求振动荷载时程的有限元方法。通过算例验证了方法的有效性。本文为计算振动荷载提供了一种新的方法。     

多源激励作用下结构振动响应的试验研究

多个振动源激励是船舶等复杂结构振动响应的显著特点,相应的规律研究具有重要意义。发展了多源激励条件下结构振动响应的试验测量方法,并应用于不同圆柱壳体结构振动特性测量试验。测量结果表明：相位对结构的振动响应和激励源间的耦合关系影响较大,局部频率下结构的振动响应存在较大的非线性。激励源不相关时,振动响应测量结果与有限元预测结果吻合较好,初步验证了测量方法的正确性。     

爆炸荷载作用下坑道结构振动响应及影响因素分析

根据爆炸荷载条件下的模型坑道试验,运用LS-DYNA显式动力分析软件,对试验中典型坑道段在顶爆和侧爆作用下的动力响应进行了数值模拟计算,研究了模型坑道结构在爆炸荷载下的最大振动加速度分布特征,并与试验结果进行了对比验证。结果表明,计算结果和实测结果基本吻合,能够真实反映爆炸荷载下坑道结构的振动响应。最后对不同单个影响坑道振动的截面形状参数进行了一系列数值计算,分析了在相同爆炸荷载下单个特定参数对坑道振动影响规律。     

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。     

一维分布的随机动载荷激励下结构频域响应的快速算法

对于在复杂分布随机动载荷激励下,结构的动响应计算问题,目前现有的计算方法效率低下,给工程计算带来诸多不便。提出一种新的快速算法,首先将分布随机动载荷互功率谱函数利用二维勒让德正交多项式在正交域内进行分解,用有限的参数信息表示无穷的分布信息,把分布随机动载荷的动响应计算转化为确定性分布动载荷的动响应计算,对每一个频率点通过向量乘法计算得到响应的功率谱。将该快速算法与常规算法进行仿真比较,得出该快速算法是求分布随机动载荷的精确算法,计算效率大大高于常规算法,而且很方便的计入分布随机动载荷部分相干的效应。最后将该种算法编制成计算软件,结合有限元软件用于分布随机动载荷的计算。     

刚度不确定性结构在基础随机激励下的振动响应谱分析

综合考虑动载荷和结构刚度的不确定性，建立了基础机激励下刚度不确定性结构的动力学递推方程组。将随机有限元法和随机振动理论相结合，推导了结构振动响应谱一阶、二阶变异量以及均值、方差的计算公式，建立了刚度不确定结构在基础随机激励下的振动响应谱分析方法。算例分析验证了本方法的有效性。     

高速列车荷载作用下高架桥和地基振动分析

提出了一种准解析方法来分析高速列车运行荷载作用下高架桥的动力响应。着重考虑了桥梁和地基的动力相互作用。通过动力子结构方法把研究对象分成两部分，一个是列车荷载作用下三维高架桥的有限元振动模型，另一个是基于傅里叶级数展开的轴对称群桩基础与周围分层地基动力相互作用模型，两者通过桩基承台节点处的连续条件进行结合。用薄层单元构建了应力波的透射边界条件来模拟远场地基对近场有限元区域的影响作用。用阻抗函数来表示群桩基础对上部桥梁结构的支撑作用。通过数值计算考察了软弱地基上新干线高架桥在高速列车荷载作用下的振动特性，分析了列车轮轴荷重，运行速度和群桩基础等因素对高架桥振动的影响；本分析模型和方法在计算上具有很高的效率。同时根据计算结果与现场实测的对比说明了本方法的可靠性。     

地铁列车振动对隧道结构激振荷载的模拟

本在现场试验的基础上,利用频谱分析方法,得出由于地铁列车振动而起的轨道振动加速度的数定表达式,根据车辆系统振动简化模型,建立了正确的模拟轮系的运动方程,从而推导出地铁列车振动荷载,为进一步分析列车振动荷载作用下地下结构动力响应打下了基础。     

高速铁路路基模型列车振动荷载模拟

针对高速铁路轨道-路基实尺试验模型提出了列车振动荷载模拟装置,该装置由反力架、作动器及分配梁等组成。参照实尺模型,建立了轨道-路基三维有限元数值模型,以运行速度为350km/h的CRH380型动车组、CRTSⅡ型无砟轨道为研究对象,计算并分析了列车移动荷载加载和作动器加载时路基的竖向动应力和竖向动位移,结果表明采用作动器联动加载可较好地模拟列车动力荷载。为获得动力加载时程曲线,采用数值模型建立相邻车厢的两个相邻转向架经过轨道时扣件点反力时程曲线,结合分配梁体系的传力特性和MTS伺服加载试验机对输入时程曲线的要求,通过对扣件点反力时程曲线进行叠加和傅里叶变换得到了作动器的输入时程曲线。     

随机激励下列车自动门的工作响应振型检测

采用了工作响应分析技术和PSV-400-B型激光扫描测振仪,获得列车自动门的工作响应参数,包括频率和振型。在GB/T 21563-2008模拟长寿命随机振动环境下实施工作响应参数试验,给出了实验方案和系统框图,证明了激光扫描测振仪的准确性。对于某型列车自动门,采用三种扫描测点布置方式：①包括玻璃窗的门扇,②不包括玻璃窗的门扇,③仅对玻璃窗。获得了三种扫描对象的1次工作响应参数,包括工作响应频率及其振型。     

内激励作用下行星传动系统振动响应研究

基于齿轮系统动力学推导出行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合非线性振动微分方程。采用特征值问题求解其固有频率及振型,并进行归类和描述。针对行星齿轮传动系统中内激励频率与转速成正比这一特性,提出一种利用正弦激振扫频模拟其内激励,并通过求解传动系统振动微分方程得到其响应的方法。与传统方法相比,该方法可将系统中复杂的激励分解为若干单一激励,从而量化评价各激励对系统振动响应的影响程度,使各激励与响应形成具体映射关系。研究发现内啮合激励对低阶(1~5阶)与高阶固有频率(16~18阶)影响较小,外啮合激励在低阶固有频率随阶数增加影响递增,并对太阳轮纯扭转振型影响较大,而在中阶固有频率(6~15阶)内外啮合均对行星轮纯扭转振型影响显著,为行星齿轮传动系统固有频率及振型的优化、降振减噪和减小故障发生率提供依据。     

湍流边界层激励下平板振动响应相似性研究

对流激平板的振动试验设计与响应预报作了分析与探讨。验证了湍流脉动压力自功率的归一化方法在不同流体介质间的适用性。对平板流激响应,考虑流体负载并采用模态叠加法进行计算。通过原始模型与缩比模型响应之间的对比,提出一种平板响应间的换算方法。换算结果表明,该方法可以实现同种介质湍流边界层激励下的平板响应之间的换算。对不同外流场介质的平板流激响应,用该方法可实现理论上的换算。该研究结果对水下结构物流激响应预报有实际意义。