移动荷载作用下的减振隔振研究——以武汉市轻轨高架桥系统为例

本文在现有的移动荷栽作用下隔振屏障设计理论基础上,结合武汉市轻轨高架桥系统引起周边振动的实际情况建立土体的ANSYS模型,采用有限元法对各种屏障隔振（主要是空沟和填沟屏障）进行了计算分析,获得了移动荷载作用下屏障隔振前后的各种信息,包括地面各点的竖向振动位移、速度、加速度和应力等,文中选取加速度进行分析从而验证了当移动荷载引起的环境振动超标或某些重要建筑需要保护时可以采用本文所提出的隔振方法。     

水平振动激励下的层状软土振动及其隔振分析

振动对环境的影响愈来愈严重,水平向振动及其隔振问题受到人们的关注。以上海市区某典型软土场地为背景,采用ANSYS软件建立分析模型,以水平向振动作为激励,分别进行了三维层状软土场地的振动反应特征分析,以及空沟隔振效果的二维和三维有限元分析,探讨了不同深度、不同位置的空沟屏障隔振效果。结果表明,空沟屏障隔振对地表振动有良好的隔振效果,但空沟沟后会出现一个小范围的屏障失效区。     

秦沈客运专线路基振动测试分析

利用环境激励与列车荷载激励,对秦沈客运专线路基振动进行测试,通过频谱分析,得到了列车荷载作用频率、路基自振频率与列车荷载作用下路基振动频率,分析了路基振动频率及振动加速度与列车速度的关系。结果表明,列车荷载作用下路基振动与路基自振频率与列车速度密切相关,在一定列车速度下路基振动加速度达到最大值。     

空沟对层状饱和地基中列车移动荷载的隔振性能研究

基于Biot流体饱和多孔介质理论,建立含空沟层状饱和地基–轨道耦合动力系统,研究了空沟对移动列车荷载引起层状饱和地基振动的隔振问题。方法首先将系统分解为含空沟层状饱和地基和轨道两个子结构,然后采用2.5维间接边界元方法(IBEM)求解含空沟层状饱和地基在移动均布竖向线荷载作用下的动力响应,同时求解轨道在移动列车荷载和均布竖向线荷载共同作用下的动力响应,最后通过令轨道竖向位移与层状饱和地基表面轨道中心处竖向位移相等实现两者的耦合。文中通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,并以均质饱和地基和饱和基岩上单一饱和土层地基为模型进行了数值计算分析,研究了饱和地基参数和隔振沟参数对隔振效果的影响。数值结果表明,层状饱和地基中空沟的隔振效果优于均质饱和地基中空沟的隔振效果;且饱和地基中空沟的隔振效果优于相应单相弹性地基中空沟的隔振效果;另外,空沟深度、饱和土孔隙率和基岩与饱和土层刚度比等也对空沟的隔振效果有着重要影响。     

重载铁路过渡段路基动力响应特性试验研究#br#

掌握列车移动荷载作用下路基的动力响应特性可为路基沉降预测,状态评估提供依据。开展重载铁路过渡段路基动力响应测试,研究动位移峰值沿线路纵向及边坡方向的变化规律,分析路肩处动位移峰值的随机分布规律。研究列车动荷载作用下路基的动力响应特征,并揭示振动能量沿路基边坡的衰减规律。结果表明：列车动荷载对路基的作用具有明显的周期性,可将相邻车厢的两个前后转向架作为一个加载单元,在该加载单元的重复作用下路肩处的动位移峰值服从正态分布。重载列车动荷载作用下路基的振动频率主要分布在0~20Hz范围内,振动能量从路肩向坡脚方向衰减剧烈,基床层受列车动荷载影响显著,而基床以下路基受列车动荷载影响非常微小。分析结果有助于评估列车荷载作用下路基的瞬时及长期动力稳定性,同时为采用模型试验及数值分析手段研究路基动力响应特性时准确模拟重复列车动荷载提供了思路。     

某体育馆体操室楼板舒适度分析及减振措施

为研究体操室楼板在有节奏运动下的振动问题，以某体育馆一、二层夹层体操室两种楼板为研究对象，利用Midas Gen建立有限元模型，结合国内规范，研究和分析了楼板结构的振动问题。采用直接积分法，在同步行走激励、有节奏运动激励的工况下进行加速度响应分析，由控制点的分析结果对楼板进行舒适度评价。结果表明钢桁架组合楼板相比普通混凝土楼板更容易出现舒适度问题，一层夹层楼板具有良好的舒适度，二层夹层楼板的自振频率及峰值加速度均不满足规范要求，需要设置减振措施。对比分析了二层夹层体操室减振前后的自振频率和峰值加速度，结果显示布置调谐质量阻尼器减小了自振频率，调谐质量阻尼器对荷载频率为2Hz的有节奏运动可达42%减振效果，对2Hz以上的有节奏运动可达10%，设置调谐质量阻尼器可以有效改善楼板的舒适度，可为类似工程提供参考。     

踮脚和跳跃荷载下四边简支全装配式RC楼盖振动特性试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(简称全装配楼盖)竖向动力特性与人致激励响应规律,进行了2个全装配楼盖和1个现浇楼盖在四边简支条件下的动力试验,并施加了多种人致振动激励,分析了楼盖在踮脚和跳跃荷载下的振动特性。结果表明：全装配楼盖的自振频率小于现浇楼盖的,而阻尼比相对于现浇楼盖的有较大提高,前3阶的振动模态中只有第1阶与现浇楼盖的相同;板缝连接件可有效传递全装配楼盖横板向振动,大幅提高其振动频率、减小楼盖振动响应;连接件数量和位置对全装配楼盖竖向振动响应有较大影响,跨中连接件的影响最显著;随着荷载频率和行人的增加,全装配楼盖的峰值加速度逐渐增大,荷载越靠近楼盖中心则峰值加速度越大,单人激励下全装配楼盖与现浇楼盖的峰值加速度差值大于多人激励下的;全装配楼盖的振动频率满足舒适度要求,但峰值加速度响应不满足舒适度性能指标,设计中可根据要求选择连接件规格和数量,以达到自振频率和峰值加速度双控条件下的舒适度评价标准;基于正交各向异性双向板振动理论提出用于预测全装配楼盖自振频率和峰值加速度的计算方法,所得理论值与试验值吻合良好。     

列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体动力响应特性研究

为了研究列车振动荷载作用下公轨合建隧道及周围土体的动力响应特性,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,基于时频分析研究隧道管片和内部结构的动力响应特性以及振动波在地层中的衰减特性。研究结果表明：列车荷载作用下全频域范围内,隧道管片结构动力响应随着频率的增大而增大,而内部结构上部车道动力响应表现为随频率的增大先增大(0～140 Hz)后减小(140～200 Hz)。就不同位置动力响应衰减幅度而言,上部车道最大,其响应平均衰减幅度为20.05dB,相应地时域上峰值加速度的衰减幅度为72.6%。此外,考虑列车振动荷载的移动效应会使隧道结构的动力响应增大,移动荷载作用下道床处峰值加速度增加了约105%,内部结构侧壁处增大了41.9%,侧壁与上部车道连接处增大了47.3%,上部车道中心处增大了22.3%。单次列车振动荷载作用过程中隧道结构的最大位移发生于拱底,其峰值为3.85 mm。     

胶合木-混凝土组合楼盖人行荷载激励下振动舒适度研究

为研究胶合木-混凝土组合楼盖在人行荷载激励作用下的振动舒适度,对胶合木-混凝土组合楼盖进行了动力特性试验,测得其基本自振频率和阻尼比等相关动力特征值,并对该楼盖施加了多种人行激励工况,分析了步频、行走路径、行人数量、行走荷载布置方式、行走方式等因素对胶合木-混凝土组合楼盖振动性能的影响。结果表明:随着步频的增大和行走人数的增加,组合楼盖的峰值加速度逐渐增大;多人保持一致行走状态下组合楼盖的峰值加速度较随意行走的大;当步频相同时,原地踏步时的组合楼盖峰值加速度较连续行走的大。在试验研究的基础上,提出了胶合木-混凝土组合楼盖基本自振频率以及单人行走下峰值加速度的计算方法。最后结合国内外相关规范,建议采用自振频率和峰值加速度的双重指标来评价胶合木-混凝土组合楼盖振动舒适度,即楼盖的自振频率不小于15 Hz,峰值加速度不大于0.15 m/s~2。     

爆破振动作用下边坡极限平衡分析的等效加速度计算方法

 基于波动理论,研究边坡相同质点振动速度不同爆破振动频率下质点位移、振动加速度及边坡应力状态,结果表明相同质点振动速度下,边坡峰值振动位移与频率成反比、峰值振动加速度与频率成正比,而边坡体应力峰值基本相同,质点振动加速度与边坡体应力状态没有直接的相关性,振动频率越高,位移、加速度及应力峰值沿边坡深度变化越快;综合考虑振动频率、加速度及边坡体应力状态的相互关系,基于边坡体中相同峰值振动速度产生相同的峰值应力,得到由高频爆破振动波加速度向低频振动波加速度的转换方法,提出边坡极限平衡分析法的爆破振动等效加速度计算方法,为边坡施工期爆破动力稳定分析爆破荷载确定提供理论依据。     

胶合木-混凝土组合楼盖人行荷载激励下振动舒适度研究

为研究胶合木-混凝土组合楼盖在人行荷载激励作用下的振动舒适度,对胶合木-混凝土组合楼盖进行了动力特性试验,测得其基本自振频率和阻尼比等相关动力特征值,并对该楼盖施加了多种人行激励工况,分析了步频、行走路径、行人数量、行走荷载布置方式、行走方式等因素对胶合木-混凝土组合楼盖振动性能的影响。结果表明：随着步频的增大和行走人数的增加,组合楼盖的峰值加速度逐渐增大;多人保持一致行走状态下组合楼盖的峰值加速度较随意行走的大;当步频相同时,原地踏步时的组合楼盖峰值加速度较连续行走的大。在试验研究的基础上,提出了胶合木-混凝土组合楼盖基本自振频率以及单人行走下峰值加速度的计算方法。最后结合国内外相关规范,建议采用自振频率和峰值加速度的双重指标来评价胶合木-混凝土组合楼盖振动舒适度,即楼盖的自振频率不小于15Hz,峰值加速度不大于0.15m/s²。     

重载列车荷载下新型预应力路基的加速度响应试验研究

路基的加速度响应是表征列车荷载下路基体振动剧烈程度的代表性参数。基于Buckingham π理论，研制了缩尺预应力路基动力模型试验系统，并开展了不同重载列车轴重、预应力大小和加载振次下的预应力路基加速度响应试验。结果表明：(1)预应力钢筋在张拉锚固后，由于路基土的蠕变变形会出现预应力损失现象，建议实际工程中进行超张拉；(2)路基在循环动荷载作用下产生显著的周期性响应，相同位置处横向加速度均小于竖向加速度，且振动能量从路肩向坡脚方向逐步衰减；(3)短期加载测试下，各测点加速度峰值基本随列车轴重的增加线性增大，随预应力的增加而近似线性减小；(4)35t大轴重列车长期荷载作用下，预应力100kPa下路基加速度有效值随振动次数的增加先减小后趋于稳定，且均小于无预应力工况下的加速度有效值。以上结果表明预应力加固结构在降低路基动力响应方面具有积极作用。     

基于振源-传播模型的地铁引起地面振动数值预测

针对上海地铁运行引起地面振动的预测问题,应用振源模型计算不同车速对轨道基础的激振力,应用传播模型计算不同激振力输入下的地面振动加速度,建立了“地铁-隧道-土层”系统动力有限元模型。通过对比数值模拟结果与实测结果,分析了不同因素对地铁引起地面振动的影响规律。结果表明:随着地铁车速增加,振源激振力和地面振动加速度的幅值均明显增大;地面上距地铁中心线30 m范围内各点振动加速度峰值随距地铁中心线距离由近及远呈幂函数形式衰减;地面振动加速度频率主要为低频振动,随着距地铁中心线距离的增大,高频衰减相对于低频更为明显;建议上海地区建筑尽量在地铁中心线20 m范围外进行规划,或采取降低设计车速、减轻车辆荷载、优化隔振措施等方法,减少地铁运行引起地面振动对地面建筑及居民生活的影响。     

铁路振动作用下双排桩屏障隔振性能试验研究

为研究铁路应用双排桩屏障的隔振性能,基于铁路振动产生的弹性波传播特性,通过场地试验测得激振频率10Hz下地表振动加速度幅值,以双排隔振桩屏障中归一化桩间距、归一化排间距、排桩数量以及排桩布置形式为变化参数,研究改变双排桩几何参数对其隔振效果的影响。试验结果表明：随桩间距的增大,排桩屏障的隔振效果逐渐减弱。当归一化桩间距不小于3.0时,排桩屏障逐渐失去其整体隔振作用;当归一化排间距为3.0时,排桩屏障可以获得较优的隔振效果,其有效隔振面积百分比在19.52%~68.89%;随着排桩数量的增加屏障有效隔振面积随之增大,排桩数量由8增至10时,有效隔振面积百分比增大0.87%~4.74%,可以使更大区域范围达到隔振要求;当屏障整体桩数相同时,采取菱形布置形式的隔振屏障比矩形的隔振效果好,菱形布置较矩形布置有效隔振面积百分比增加1.20%~5.01%。     

层状地基中填充沟对不平顺列车动荷载的隔振效果研究

 建立列车–轨道–地基相互作用模型,将轨道简化为铺设在地基上的欧拉梁,推导轨道不平顺条件下列车荷载的半解析隐式表达式。将填充沟视为地基中的异质体,推导内含异质体弹性半空间的2.5维有限元法表达式。分析列车在低速和高速运行条件下填充沟对不平顺列车动荷载作用下地基振动的隔振效果,分析参数包括沟宽、沟深、沟距及填充料。研究结果表明：列车高速运行时,填充沟的隔振效果较好;增加沟深及沟宽均可增加填充沟的隔振效果;沟前地表出现一定范围的振动增强区,沟深越深,沟宽越宽,振动增强越明显;非刚性材料由于具有较大的材料阻尼作用,在沟前及沟后都有较好的隔振效果。相关成果可为列车产生环境振动的理论分析和工程应用提供参考。     

模拟路基动力响应的原位激振试验研究

动荷载下路基动力响应规律是研究路基长期动力稳定性的基础。采用自行研制的分离式变频激振器,开展铁路路基动力响应的模型试验,研究不同激振频率、动载水平下铁路路基本体的动力响应规律,掌握石灰改良土+粉质黏土填筑的铁路路基本体的共振频率约为25 Hz,路基表层的振动加速度、动应力随着激振频率的增加而显著增大;弄清了振动加速度、动应力沿深度和水平方向的变化规律,两者在主要影响深度1.5 m处已衰减90%,表明其沿深度方向的衰减速度较无砟轨道路基情况下快,而两者沿水平方向的变化受到应力扩散效应的影响,在浅层水平面会迅速衰减,而一定深度(0.7 m)处反而比较稳定,反映了路基动力响应的空间变化特征。     

强夯法在皖江软土路基处理中的应用

软土路基因其土层分布复杂,物理力学性质差异较大,加固路基土体成为市政道路处理的迫切需要。依托皖江城市带市政道路处理工程,分析了各遍强夯下的加速度效应及夯坑沉降规律,并用荷载试验评价了强夯路基的处理效果。研究结果表明,峰值加速度受夯点距离的影响,在近距离处峰值加速度较大,且衰减较快;随着距离的增大,其值逐渐减小,且衰减量较小,地表加固距离大约为30m,竖直方向加固深度为6m左右;夯击次数对夯沉量有重要影响,超过一定击数后,土体得不到加固;荷载试验得到了路基承载力特征值120k Pa,超过了其设计承载力特征值。     

钢连廊竖向振动加速度时程分析与控制研究

采用时程分析的模拟计算方法,以竖向振动加速度峰值作为评价标准,对那曲地区藏北高原商业生态长廊建设项目钢连廊竖向振动加速度进行分析与控制。根据人群密度,考虑五种不同时程工况,对布置TMD前后的钢连廊分别进行时程分析,较为全面地揭示了钢连廊的竖向振动。分析结果表明,在1.95Hz的人群荷载激励下,钢连廊产生了非常明显的共振,跨中峰值加速度达到39.96cm/s2,会引起行人心里不适,竖向振动加速度也超出了规范限值,需要进行减振控制;布置TMD后,在人群荷载激励下,钢连廊的竖向振动加速度得到了很好的控制,峰值小于15cm/s2,减振率可达到13%~65%。     

人致激励下装配式竹集成材空心楼板舒适度试验研究

进行了人致激励下装配式竹集成材空心楼板的舒适度试验,选用了自振频率与峰值加速度为舒适度的评价指标。利用了抬脚跟激励方式来获得楼板在不同工况条件下的自振频率,分析了人行荷载作用下楼板动力响应,可以发现:空载时楼板自振频率都超过规定限值(3Hz)的6倍,负载时楼板的自振频率也都超过10 Hz;所有工况人行激励试验的楼板峰值加速度都小于0.015g,跨度小、两端铰接的楼板动力响应加速度值最大,跨度大、两端固接时板的峰值加速度最小。结果表明装配式竹集成材空心楼板满足舒适度要求。     

车致振动荷载作用下富水软弱地层中盾构隧道动力响应分析

开展富水软弱地层中列车荷载作用下盾构隧道动力响应特性研究,以期为盾构隧道结构减振技术及地基土液化评判提供理论依据。采用模型试验与数值模拟相结合的方法,以时域、频域分析为基础,分别以孔隙水压力、频响函数与峰值加速度为评价指标,研究列车振动荷载作用下富水软弱地层中超静孔隙水压力、超静孔隙水压力比的响应规律以及盾构隧道管片结构与周围富水软弱地层的竖向加速度响应规律。研究结果表明：列车荷载作用下,富水软弱地层中的超静孔隙水压力峰值随着测点远离隧道而迅速减小,因此列车振动荷载对隧道周围富水地层的孔隙水压力的主要影响范围较小,主要集中在隧道底部以下约2 m范围内;借助频率响应函数(FRF)将时域结果转化为频域结果,分析发现在列车振动荷载作用的频域区间内,隧道结构与周围富水地层的竖向振动加速度级与荷载频率呈正相关,整体来看,加速度级在低频段(0～80 Hz)内的增幅明显大于中、高频段(80～250 Hz);相较于低频区段(0～80 Hz),中、高频区段(80～250 Hz)的振动波衰减更快。