地铁车辆-轨道耦合振动响应分析及轨道结构参数优化

针对在建杭州地铁3号线下穿某文教区工程,根据车辆-轨道耦合动力学理论,分别建立车辆-普通整体道床轨道耦合动力学模型和车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型.基于赫兹非线性接触关系,实现轮轨间的力平衡和位移协调.利用有限元软件ABAQUS,对两种轨道结构模型的动力响应进行计算,研究轮轨耦合动力相互作用机理和轨道振动源强特性...     

减振轨道结构对地铁车内振动与噪声的影响

本文针对减振轨道结构车内振动与噪声比较明显的现象,对国内某一地铁线路不同轨道结构下的车内振动与噪声进行了现场测量与分析。试验结果表明,Z计权方式下的钢弹簧浮置板轨道减振结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高7.46dB和0.57dB,A计权方式下的车内噪声相比增加9.71dB;GJ-32扣件型减振轨道结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高4.94dB和2.88 dB,车内噪声增加8.71dB。通过对试验数据的倍频程和FFT的分析发现,车内的低频噪声主要是出现在钢弹簧轨道结构上,400Hz～700Hz的中频噪声主要出现在GJ-32型减振扣件轨道结构上。由此得出结论,减振轨道结构是导致车内振动与噪声异常的一个重要因素。     

减振轨道结构对地铁车内振动与噪声的影响

针对减振轨道结构车内振动与噪声比较明显的现象,对国内某一地铁线路不同轨道结构下的车内振动与噪声进行现场测量与分析。试验结果表明,Z计权方式下的钢弹簧浮置板轨道减振结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高7.46 dB和0.57 dB,A计权方式下的车内噪声相比增加9.71 dB;GJ-32扣件型减振轨道结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高4.94 d B和2.88 dB,车内噪声增加8.71 dB。通过对试验数据的倍频程和FFT的分析发现,车内的低频噪声主要出现在钢弹簧轨道结构上,400 Hz～700 Hz的中频噪声主要出现在GJ-32型减振扣件轨道结构上。由此得出结论,减振轨道结构可能是导致车内振动与噪声异常的一个重要因素。     

地铁隧道内不同轨道结构振动测试与分析

通过对地铁隧道内普通整体道床、Ⅲ型轨道减振器、弹性短轨枕、梯形轨枕、钢弹簧浮置板道床的现场振动测试,进行时、频域对比,了解各种减振措施在不同频率范围内的减振效果差异。结果表明,轨道减振器、梯形轨枕、弹性短轨枕及钢弹簧浮置板可分别降低隧道壁VLZmax分别为4 dB,7.6 dB,7.8 dB,19.0 dB;无论何种轨道减振措施,高频减振效果高于低频减振效果, Z计权的振动加速度级明显小于不计权的振动加速度级减振效果;梯形轨枕、弹性短轨枕、轨道减振器对50 Hz以上振动减振效果明显,钢弹簧浮置板道床对12.5 Hz以上振动减振效果明显,对控制列车运行产生的二次噪声更有效。     

不同轨道结构形式下地铁隧道振动传递特性试验研究

为探明不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性及减振效果，以南昌地铁3 号线为工程背景，分别选取普通板式轨道地段、双层非线性减振扣件轨道地段、隔离式减振垫轨道地段，开展现场锤击试验。基于现场测试结果，研究不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性，并分析不同轨道结构的减振效果。结果表明：隔离式减振垫轨道的减振效果最佳，其次是双层非线性减振扣件轨道，普通板式轨道减振效果最差；双层非线性减振扣件轨道在80 Hz～170 Hz范围内表现出良好的减振特性，隔离式减振垫轨道则在30 Hz 以上频段均表现出显著的减振特性；与普通板式轨道相比，双层非线性减振扣件轨道和隔离式减振垫轨道的减振效果分别约为5.6 dB和10 dB。     

不同轨道结构形式下地铁隧道振动传递特性试验研究

为探明不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性及减振效果,以南昌地铁3 号线为工程背景,分别选取普通板式轨道地段、双层非线性减振扣件轨道地段、隔离式减振垫轨道地段,开展现场锤击试验。基于现场测试结果,研究不同轨道结构形式下地铁隧道的振动传递特性,并分析不同轨道结构的减振效果。结果表明：隔离式减振垫轨道的减振效果最佳,其次是双层非线性减振扣件轨道,普通板式轨道减振效果最差;双层非线性减振扣件轨道在80 Hz～170 Hz范围内表现出良好的减振特性,隔离式减振垫轨道则在30 Hz 以上频段均表现出显著的减振特性;与普通板式轨道相比,双层非线性减振扣件轨道和隔离式减振垫轨道的减振效果分别约为5.6 dB和10 dB。     

地铁隧道爆破振动对地面的影响规律研究

为控制地铁爆破开挖引起的振动对地表建筑物的影响,需要探明爆破振动传播至地表过程中的衰减规律。通过中深孔爆破法进行现场试验,试验孔装药量对应实际工程中单段药量,模拟大连地铁1号线隧道爆破掘进作业,采用钻孔监测与地表监测相结合的方法,分别在地表和地表以下1.5 m,7.5 m和15 m深的孔内安置监测点,监测爆破振动在不同深度的质点振速。同时,利用FLAC3D软件对现场试验中各观测点质点振速峰值进行数值计算,分别采集试验与数值模拟的质点振速峰值,并通过萨道夫斯基经验公式进行回归分析。结果表明:地下爆破振速的监测结果较地表小,振速峰值约为地面的50%~64%;对比萨道夫斯基公式反算的振速与数值模拟计算结果,数值模拟得到的质点振速与实测结果更接近,可以通过数值模拟结果对萨道夫斯基公式进行修正以提高预测精度。     

钢轨波磨对地铁轨道振动特性影响研究

某城市地铁线路使用科隆蛋扣件,波磨现象严重。为了研究钢轨打磨对轨道振动的影响,分别在钢轨打磨前后对同一轨道断面进行振动测试。同时在该断面打磨后换装上部自锁式双层非线性扣件,并对其进行振动测试,对比分析科隆蛋扣件与上部自锁式双层非线性扣件的减振效果。测试结果表明：打磨之后有效地控制了钢轨波磨,打磨后的振幅显著低于打磨之前,其中低轨垂向的减振效果最好,达到了9.2 dB;打磨之后新安装的上部自锁式双层非线性扣件对钢轨波磨发展有明显抑制作用,其减振效果与科隆蛋扣件大致相当。     

地铁钢轨波磨对轨道结构振动及减振特性影响

现场调查某地铁线路上普通短轨枕、先锋扣件和钢弹簧浮置板三种轨道的钢轨波磨特征,并分别进行振动测试,研究钢轨存在波磨时,三种轨道结构的振动特性及减振效果。结果表明:三种轨道结构都是内轨波磨明显,外轨表面不平顺幅值相比内轨都很小,可以忽略不计其影响;波磨主波长频率成分很容易在轨道各零部件(包括隧道壁)振动中激发出来,并且会引起较大幅值的振动;在4 Hz~200 Hz频率范围内,波磨激励下的减振型轨道依然具有良好的减振性能,但是与其最初设计用于的减振效果相比,有明显的下降;先锋扣件轨道短波长波磨会削减隧道壁在高频段的减振效果;钢弹簧浮置板轨道的波磨幅值显著,虽然对其隧道壁的减振效果影响不明显,但是会造成钢轨振动增加。     

不同阻尼模型对地铁振动下结构动力响应分析的影响研究

在结构的弹性动力响应分析中,阻尼具有重要的影响,直接决定了结构的耗能与衰减行为。准确地理解不同的阻尼模型的适用条件对实际工程问题的分析具有重要意义。地铁振动激励下的结构动力响应分析具有以下特点：地铁振动激励强度小,结构通常保持弹性,结构的动力响应行为直接受阻尼影响,合理的阻尼耗能对于分析结果的可靠性至关重要;地铁振动的频域范围宽,容易激发结构的多组高阶竖向振型,分析中需要合理考虑各阶振型的阻尼行为。各类阻尼模型由于建立在不同的基本假设之上,适用范围各有不同。粘性阻尼模型和滞变阻尼模型是结构动力分析中常见的两类阻尼模型,为明确不同阻尼模型在地铁振动激励下的结构动力响应分析问题中的特点,从两类模型中各选取了一个典型代表(分别为Rayleigh阻尼和通用频变阻尼),并针对四类常见的典型结构(混凝土框架结构、钢框架结构、混凝土剪力墙结构、钢框架-支撑框筒结构)进行了分析。研究结果表明：采用Rayleigh阻尼时,需根据结构动力特性与荷载频率分布合理定义参考频率区间,相对于覆盖荷载主要频率的参考区间,仅覆盖结构自身前10阶竖向振型的参考频率区间过窄,在该文的频率区间下,后者的顶层竖向峰值加速度比...     

地铁振动对既有砌体结构影响的试验研究

以某两栋砌体结构为工程实例,对上海某线地铁振动进行了现场实测,分别从振级和1/3倍频程振动加速度级两方面研究了地铁对建筑物振动的影响规律。测试结果表明：对两栋5层砌体结构,楼板振动沿层高呈增大趋势,顶层的竖向振级比底层大2~4dB,水平向振级比底层大6~7 dB,昼间时段中高峰期的三向振级均大于非高峰期的振级,同时昼间时段振级均大于夜间时段振级;房间中央的楼板振动大于墙边和楼梯楼面的振动;地铁对建筑物的振动主要为10~25Hz低频振动。     

塌落触地振动对地铁管片结构的影响研究

为研究建(构)筑物爆破拆除塌落触地振动对地铁管片结构的影响,结合武汉市精武片区爆破拆除工程,采用ANSYS有限元软件对周边地铁管片结构进行了模态分析和动力响应研究。模态分析的计算结果表明:地铁管片结构的前十阶主振频率在0.1~0.26 Hz之间,属于低频。说明管片结构对低频的触地振动比较敏感,低频成分高的触地振动更容易对其造成破坏。塌落触地振动作用下地铁管片结构的动力响应计算结果表明,行车道墙角处的质点振动速度峰值与实测值比较吻合,地铁结构顶板和侧帮位置处的最大主应力值比较接近,最大值为3.24 MPa,低于钢筋混凝土材料的拉伸极限。     

地铁产生的环境振动及轨道结构减振分析

以南昌地铁1号线八一广场段为工程背景,对轨道-隧道-大地的三维有限元模型进行动力学分析。分别建立三种道床模型：整体道床、弹性支承块道床和钢弹簧浮置板道床。以振动加速度、1/3倍频程振动加速度级和Z振级作为评价指标,比较不同轨道结构下隧道壁及地面的振动响应。随之减振道床支承刚度的变化,分析道床的自振频率对减振效果的影响。计算表明：列车引起的地面振动主频在40 Hz附近;减振道床的自振频率对减振效果有较大影响;钢弹簧浮置板道床减振效果明显优于弹性支承块道床。     

地铁振动对地面建筑物影响的数值分析与测试

为研究地铁振动对地面建筑物的影响,建立隧道—土层—地面建筑物系统的三维结构有限元模型进行数值计算,得出地铁隧道与地面建筑物的水平距离、隧道埋深以及建筑物桩基不同深度对振动传递的影响,并将数值计算结果与实测结果做了对比分析。结果表明,增加隧道埋深和增大隧道与建筑物水平距离都能减小建筑物振动,建筑物桩基使地铁振动能量传递损失减小,不利于建筑物减振;三维有限元模拟数值计算结果与实际情况相符,对于工程设计实践具有一定的参考价值。     

基于谱元法的车辆-轨道结构频域振动特性研究

基于谱元法建立车辆-轨道结构频域振动模型,其中轨道结构模拟为三层铁木辛柯梁,车辆部分考虑为整车模型,运用Lagrange方程实现车辆与轨道结构的耦合,并采用虚拟激励法将轨道不平顺模拟为虚拟荷载,通过求解车辆-轨道整体结构的谱元法方程,得到车辆-轨道结构在频域内的振动响应。结果表明:钢轨、轨道板和底座板的第一、二、四阶振动峰值分别由车体、转向架、车轮自振引起,其他振动峰值由轨道结构系统自振引起;钢轨、轨道板和底座板的振动能量分布在较宽的频率范围;在离开车辆一侧且距离端轮对2.5 m处,1～800 Hz内钢轨振动迅速衰减,当大于800 Hz时,钢轨振动衰减缓慢;在距离端轮对18 m处,25～1 171 Hz内钢轨振动衰减基本稳定;在距离端轮对20.5 m处,小于25 Hz时,钢轨振动随着离开端轮对距离的增加迅速衰减,当大于1 171 Hz时,钢轨振动则衰减较小。     

车辆通过道岔时转向架结构系统振动特性研究

建立了考虑线路弹性及把转向架构架视为柔体的高速车辆/线路系统通过道岔运行的三种通用模型。仿真分析了各模型轮对运动状况和作用于弹性构架上的动载荷,将动载荷通过后处理程序转化为适用于FE程序的载荷,借助于ANSYS软件分析了整个构架的应力分布和最大应力位置及应力时间历程变化。在此基础上,分析对比了三种模型的仿真结果并与构架线路动应力试验结果进行了对比,研究了动应力振幅的频谱结果。研究表明不考虑线路的弹性可能造成仿真计算结果偏大,但弹性线路模型亦不宜考虑的过于复杂化;此外,在通过道岔的岔尖时,转向架构架动态应力的振荡频率主要集中在5Hz～17Hz间,且构架动应力的振荡频率由于存在线路弹性而扩宽了其频带。     

车辆荷载引起地面振动的实测研究

对行驶重载卡车引起的地面振动进行现场实测,从加速度峰值、频谱和振级上分析了振动的衰减情况,并用两种方法讨论了扣除背景振动的振级,然后用基于最小二乘原理的模式搜索法拟合出了振动的衰减公式。研究表明：卡车引起的振动主要以垂向为主,随着振源距离的增大,振动逐渐衰减,而且振动在较近的距离内衰减很快,高频部分几乎可以完全衰减,而低频部分的振动随着距离振源的增大,衰减相对较缓,甚至在100米处还有其残余振动。     

地铁轮轨耦合不平顺激励对轨道振动影响分析

轮轨动态输入激励直接影响车辆-轨道耦合模型的计算结果.目前在地铁列车环境振动振源研究中,大多只考虑了轨道不平顺的激励而忽略了车轮不圆顺的影响.为了构建地铁轮轨耦合不平顺激励、综合分析轨道不平顺以及车轮、钢轨的磨耗状态对轨道动力响应的影响,对一列地铁列车进行了车轮不圆顺的现场测试,同时对一段区间隧道内的轨道不平顺和钢轨粗...     

直线电机地铁车辆悬挂的振动研究

由于直线电机地铁车辆电机悬挂具有特殊的结构形式,因此其振动特性也具有不同于传统电机悬挂车辆的特点。为了研究直线电机地铁车辆的振动特性,从结构上分析直线电机的定位方式,并对其振动特性进行分析,然后分别研究在未计直线电机法向力的情况下直线电机悬挂结构对转向架振动特性、轮轨相互作用及轮轨激励传递特性的影响。研究结果表明：直线电机的垂向振动和横向振动存在一定程度的耦合,且直线电机定位结构对转向架的振动和轮轨关系都具有极大的影响。     

地铁隧道振动对地面环境影响预测的探讨

地铁隧道振动对地面环境影响预测的探讨崔正翔，嵇正毓（南京市环境保护科学研究所）地下铁道是缓解现代化大都市道路拥挤的理想交通工具，据９３年统计，北京地铁的日运行量相当于２００辆大通道公交车的日流量。高峰期每２分钟就有一对列车通过，每天有１４０万人次往返...