运行列车引起高层建筑物振动的试验研究及数值分析

通过现场试验和数值分析的方法对运行列车引起的铁路线附近高层建筑物振动特性及其影响因素进行了研究。结果表明:列车引起的建筑物振动属于低频振动,且在软土场地上产生的振动比在硬土场地上的大;建筑物的振动水平随楼层的上升呈曲折分布,楼板的竖向振动大于横向振动;各楼层的振动随列车速度的提高而增大;货物列车因其荷载较重引起的振动比客车大;建筑物整体刚度的变化会对楼层的振动产生影响,且对竖向振动的影响比横向要复杂;距离轨道中心线越近,建筑物楼板的振动就越大。     

地铁列车对临近建筑物振动影响的研究

本文通过对北京地铁八王坟车辆段平台及平台上建筑物的计算和分析,采用直接积分法,求得建筑物上各点在地铁列车振动荷载下的位移反应方程,并得出了在不同列车运行速度、不同建筑物结构参数、同一建筑物的不同楼层之间以及距地铁正线不同距离的建筑物之间地铁荷载产生的振动振级的变化关系。     

《列车引发建筑物振动试验及数值隔振研究》

首先通过现场测试的方法对铁路线附近建筑物的振动特性、建筑物振动的传播规律及其影响因素进行了研究,然后建立了列车 大地 隔振沟 建筑物耦合动力分析模型,对隔振沟的沟深、沟长、沟到建筑物的距离和填充材料等四种结构参数对隔振效果的影响进行了分析。结果表明：列车引发的建筑物振动属于低频振动,建筑物结构对高频振动具有衰减的作用;振动随列车速度的提升而增大,随列车编组的加长而增大,随列车轴重的增加而增大;建筑物的振动水平随楼层的上升呈曲折分布;隔振沟的沟深、沟长、沟与建筑物之间的距离以及填充材料的变化对建筑物楼板的振动都有比较大的影响。     

运行列车引起的周围地面振动规律研究

在京广铁路线附近进行了现场试验,测试分析了速度在21km/h―128km/h范围内运行列车引起的地面振动。结果表明:运行列车引起的地面振动的频率集中在10Hz―100Hz,车速对地面水平向振动的频率有一定影响;地面振动随至振源距离的增大呈波动性衰减;货物列车引起的地面加速度振级在各个方向上均明显大于旅客列车,其差值一般在10dB左右;列车引起的地面竖向振动大于两个方向的水平向振动,竖向振级为60dB―110dB;垂直线路的水平向振级为50dB―95dB;平行线路的水平向振级为55dB―80dB;线路附近的地面振动超过了我国关于环境振动规范的规定,说明运行列车引起的环境振动问题应当引起重视。     

高速列车引起建筑物振动的研究方法概述

高速列车引起建筑物振动的研究是国际学术界十分关心的一个问题。本文介绍了研究地面高速列车引起邻近建筑物振动问题的四种主要方法,即经验预测方法、解析方法、数值分析方法以及试验研究方法,分析了该领域的研究现状及进展,提出了需要进一步研究的若干问题。     

路基段列车引起的大地振动试验研究

为研究路基段列车引起环境振动传递特性以及列车编组、速度、轴重等因素对振动的影响,对昌九城际铁路线路基段进行大地振动现场测试。从时域、频域等多方面分析五种列车在不同速度下运行引起的三向大地振动。结果表明：近场大地振动能量集中在10 Hz～200 Hz,远场在10 Hz～80 Hz,近场处X、Y、Z方向主频分别为38.7 Hz、51.9 Hz、64.4 Hz,远场处主频均为25.9 Hz;随着距离的增加,X与Z方向在各频段的振动衰减量相似,Y方向在各频段的衰减量大于X与Z方向;地面竖向Z振级与列车速度近似呈线性关系,在30 m处Z振级增大速率为0.0714dB/（km/h）;列车速度变化对50～100 Hz的高频振动影响较大,速度由36增大至119 km/h时,16、50、100 Hz处Z方向分别增加了9.56、17.13、14.87 dB;列车编组对地面振动响应影响较小,当运行速度为115 km/h时,CRH2A动车组列车的不同编组（8节或16节）下引起的地面振动响应几乎完全相同;列车轴重是影响地面振动响应大小的重要因素,且轴重越大引起的振动响应越大。     

高架轨道交通列车对周围环境振动影响的试验研究

对北京地铁5号线高架桥上的运行列车引起周围地面振动的影响进行了实测,将测试得到的地面振动加速度数据在时域和频域内进行了分析。得到了以下结论：普通轨枕下的地面横向振级为58-100dB,竖向振级为55-91dB;梯形轨枕下的地面横向振级为62-85dB,竖向振级为60-83dB;地面横向振动随距离的衰减规律表现为先增大后减小,最大值出现在15m处的测点,衰减呈现出一定的波动性;竖向振动的衰减规律总的趋势是随着距离的增大而逐渐减小,但有一个明显的反弹区（本试验中为距离振源15m左右的范围处）,且振动越大反弹越明显;梯形轨枕能够对一定频率范围内的振动起到减振效果,但是对另一频率范围的振动反而起到了放大作用,其原因是由于振动频率与梯形轨枕的自振频率产生共振而引起的;高频振动的衰减速度大于低频振动的衰减速度,远振源点的振动主要是由低频的振动引起的。     

《高速列车引起建筑物振动的研究进展》

高速列车引起建筑物振动的研究是国际学术界十分关心的一个问题。本文介绍了研究地面高速列车引起邻近建筑物振动问题的四种主要方法,即经验预测方法、解析方法、数值分析方法以及试验研究方法,分析了该领域的研究现状及进展,提出了需要进一步研究的若干问题。     

重载铁路振动对沿线建筑物结构影响试验

选取重载铁路沿线四处有代表性的单层砖混结构建筑物为研究对象,建筑物中心距离铁路分别为6.5 m、15 m、26 m、38 m,其中15 m处的建筑物可作为铁路振动引起建筑物损伤的典型样本。对由列车引发的建筑物基础和屋顶处的振动响应进行现场测试和分析,并将峰值振动速度PPV实测结果与中外相关标准进行对比。结果表明,当峰值振动速度PPV超出GB 50868-2013中的第三类振动限值时,会对我国铁路沿线"建造质量较差的建筑"产生损害。     

运行列车对高层建筑结构的振动影响

建立了一种列车-轨道-路基解析分析模型,将钢轨视为竖直平面内支承在Winkler弹性基础上的一根连续的Euler-Bernoulli梁,考虑轮轨接触的影响,推导出单个轮对荷载对地基的作用力,通过迭加方式得到整列车对路基产生的动荷载;在此基础上,选取铁路线附近的某高层建筑,用有限元分析的方法计算了该高层建筑所受到的振动影响;研究了不同车速下不同距离建筑物中不同楼层的振动规律:振动随楼层高度增加具有不同程度增大的趋势;车速越大,建筑物的振动响应也越大;随着到轨道中心线距离的增加,建筑结构的振动逐渐减小。     

地铁车辆段上盖物业车致振动分析

为研究地铁列车进出车辆段对上盖物业振动的影响,先结合两个实际工程,对武汉某车辆段和宁波某车辆段内运用库列车振动荷载进行现场实测,并对两车辆段内运用库列车振动荷载进行对比分析,探讨车辆段内运用库列车振动荷载特性。然后改善了基于弱振情况下结构精细化有限元模型构建方法和荷载输入方法,并基于实测数据验证了其合理性。最后建立了武汉某车辆段上盖物业精细化有限元模型,计算分析上盖物业的振动响应。计算结果表明：地铁列车进出车辆段引起上盖建筑物的振动高频成分较丰富,其主频率在40Hz附近,列车振动荷载特性决定了建筑物内振动的频域分布;建筑内楼板跨中各方向振级沿高度方向的变化是不同的,铅垂向Z振级沿楼层的上升呈现先减小后增大的特点,而在水平方向振级总体上呈现随楼层增大而增大的特点。本文的研究成果可为精确预测、分析和评价地铁车辆段上盖物业振动舒适度提供基础。     

高速铁路桥梁及场地土交通振动分析

以高速铁路32m单箱单室简支梁为例,建立了考虑土-结构动力相互作用的车-桥-墩-桩-土耦合振动系统整体三维有限元分析模型。车辆采用具有二系悬挂的多自由度车辆模型,场地土采用京沪高速铁路沿线实勘软土地基土层数据,在土体截断处采用粘弹性人工边界模拟半无限域土体,采用基于库伦接触算法的动力三维接触单元模拟轮轨接触。分析了桥墩和桩基等下部结构对车桥耦合振动的影响,以及车桥耦合振动对周围场地土振动的影响。计算结果表明车桥耦合振动受桥墩和桩基影响显著;周围场地的振动振级随着距离的增大而逐渐减小,相对水平振动而言,竖向振动衰减的更加明显;地面振动的高频分量衰减速度大于低频分量的衰减速度,远场地面振动以低频分量为主;地面振动与列车速度不是简单的线性递增关系,与上部结构桥梁的振动有关。     

无碴轨动车组运行引起的场地振动试验研究

为研究场地振动加速度衰减特性,对我国首条无碴轨道试验段—渝遂铁路的CRH2动车组运行的场地振动进行了实测。基于最小二乘法,拟合了场地竖向加速度振级的一阶指数和二次多项式衰减经验公式后分析表明:一阶指数函数衰减模型更符合实际。应用正交经验模式分解法和Hilbert变换对场地竖向振动加速度信号进行频谱分析,得到了振动信号的Hilbert边际谱;对比分析表明:Hilbert边际谱较Fourier谱能更好地反映动车组引起的场地振动信号的频谱特性。     

地铁车致隧道与土体振动的高效时-频混合预测方法

提出了一种地铁列车引起的隧道与土体振动的高效时-频混合预测方法。该方法基于两步法开展。通过建立车辆-轨道-隧道-土体2D多体动力学/有限元模型,在时域中获取轨-隧相互作用力;将转化后的作用力施加在2.5D有限元-最佳匹配层模型上,在频域-波数域中求解隧道-土体系统的动力响应。同时,为提高频域-波数域计算效率,提出了波数范围随激励频率变化的高效波数采样方案。数值算例中,依次通过与时域3D有限元方法和传统固定波数域采样方案对比,对所提方法的准确性和高效性进行了验证。结果表明,采用时-频混合方法计算的观测点竖向振动速度时程曲线在波形和幅值上与时域3D有限元方法计算结果吻合较好。就振动速度级而言,时-频混合方法的计算结果略小于时域方法,但两种方法计算结果的相对误差小于3%。同时,所提出的高效波数采样方案能较好地预测不同频率荷载下的有效波数范围。除2 Hz以下低频振动外,高效波数采样方案与传统采样方案计算的观测点竖向振动速度1/3倍频曲线几乎吻合。就计算效率而言,高效波数采样方案计算时间为固定波数域采样方案计算时间的3/5。     

列车转向架运行姿态检测系统的研究

安全是列车运行的首要前提,姿态角是评估列车运行稳定性的重要参数.该文介绍基于捷联惯性导航技术,在当地地理导航坐标系中使用四元数法进行姿态更新,并结合方向余弦法及欧拉角法推算出姿态角的方法.在模型车转向架上安装六自由度惯性传感器,绕椭圆形轨道运行两圈,测得比力及角速度,导人Matlab编写的程序,解算出姿态角,为评估列车运行状态提供依据.     

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。     

基于多源信息的高速列车走行部故障识别方法

针对高速列车安全性能跟踪监测点多、监测数据量大而导致的走行部故障识别难的问题,提出了一种基于模糊证据理论的多特征、多源信息融合的走行部故障识别方法。首先根据不同传感器信息的某类特征属于不同故障模式下的隶属度间的差异来计算传感器间的信息融合度,利用融合度来确定不同传感器在融合中的权重,从而得到同类特征不同传感器间信息融合后的隶属度;然后由融合后的隶属度转化为基本概率分配函数;最后用证据理论对不同特征间信息进行融合。实验结果表明,该方法能有效地识别列车正常、空气弹簧失气、抗蛇形减震器全拆、横向减震器全拆四种情况,同时在不同速度下均取得了满意的识别率,验证了该方法的有效性。     

A non-parametric probabilistic model for ground-borne vibrations in buildings

This paper studies the prediction accuracy of models for ground-borne vibrations in buildings based on a three-dimensional coupled FE–BE formulation in the frequency range relevant for traffic induced vibrations. In structural dynamics, the prediction accuracy at relatively high frequencies is known to be problematic since the sensitivity of the predicted response to modelling errors and parameter uncertainties increases with the frequency. To estimate the prediction accuracy, this paper incorporates the parameter uncertainties and the modelling errors into the analysis using the non-parametric probabilistic approach, introduced by Soize. The methodology is applied to a case history. The results of a prediction model for the transmission of vibrations from a shallow cut-and-cover tunnel to a six storey reinforced concrete frame structure in Paris are considered and compared with in situ measurements. The results demonstrate that a single dispersion parameter allows fitting the data. The sensitivity of the response to uncertainties is shown to increase as vibrations propagate inside the building.     

基于行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系研究

针对目前最常用的32 m跨径高铁简支梁桥,同时考虑对行车安全不利的路桥过渡段和墩高改变处,对高铁桥梁的行车安全性能进行了评价;分析了铅芯橡胶支座、摩擦摆支座等常规减隔震方案在高铁桥梁中运用的可行性.分析结果表明,采用盆式橡胶支座的高铁桥梁在地震作用下轨道变形和轨道横向加速度较大,无法满足高速运行的列车的行车安全性要求;...     

Eigenstrain induced vibrations of composite plates

Summary The paper is concerned with eigenstrain induced small amplitude vibrations of moderately thick composite plates. In case of thermal shock loading such eigenstrains are imposed as thermal strains. Within a multiple field approach, thermal strains, piezoelectrically induced strains, as well as additional fields of strains that are due to inelastic deformations are interpreted as eigenstrains acting in the associated linear elastic background structure. Polygonal simply supported composite plates with three asymmetrically arranged layers in perfect bond are considered. The homogeneous layers consist of dissimilar linear elastic isotropic materials. The Mindlin-Reissner kinematic assumptions are implemented separately to each layer. The continuity of the transverse shear stress across the interfaces is prescribed according to Hooke's law. For plates composed of layers with a uniform ratio of mass density to shear modulus and a common Poisson's ratio the lateral deflection can be calculated independently from the in-plane displacements. It is shown that the lateral deflection is governed by a boundary value problem of the fourth order. Alternatively, by neglecting the longitudinal as well as rotatory inertia the complex problem reduces to the simpler case of a homogenized shear-deformable plate with effective stiffness, a corresponding set of boundary conditions and effective eigenstrain resultants. The theory is applied to rectangular simply supported composite plates of various dimensions.