地裂缝场地地铁车站振动台试验和数值模拟研究EI北大核心CSCD

地裂缝场地动力效应和上、下盘错动严重影响地下结构的安全。以处于地裂缝环境的西安康复路地铁车站为研究对象,开展了水平和竖向地震共同作用下地裂缝场地地铁车站振动台试验,分析了模型土与车站的加速度反应规律及模型车站应变分布特征。同时,采用有限元软件ABAQUS建立有无地裂缝场地条件下车站的三维数值模型,研究了2类场地条件下地铁车站层间位移角和地震损伤分布规律。结果表明:水平和竖向地震共同作用时,地裂缝场地上、下盘动力差异响应和车站加速度反应较单向水平地震作用时明显增大。相较于无地裂缝场地车站,地裂缝场地车站的层间位移角明显增大,其构件损伤发展更加剧烈。这是由于地裂缝场地土与车站之间易出现脱空区,造成车站振动反应增强;同时,竖向地震引起的地裂缝场地上下盘错动会产生对车站附加的剪切作用,使其中柱更易发生严重损伤而导致结构整体破坏。     

在上下盘差异沉降作用下跨越地裂缝框架结构地震响应研究

地裂缝对结构是严重安全隐患。为研究地裂缝上下盘差异沉降及地震作用对框架结构动力响应的影响,以西安f_4地裂缝场地附近框架为研究对象,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立无上下盘差异沉降地裂缝场地与结构共同作用计算模型,将计算结果与振动台试验进行对比,表现较好一致性;通过对有限元模型施加上下盘差异沉降,定量分析了框架结构加速度、位移及位移角变化规律;计算结果表明:地震作用下,地裂缝场地框架结构各层加速度及位移大于无地裂缝场地结构加速度及位移;地裂缝上下盘差异沉降使结构加速度与位移增大;同时使结构破坏早于无沉降地裂缝场地。其研究成果为深入研究地裂缝上下盘效应对上部结构地震破坏过程和损伤机理提供参考。     

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。     

钢管混凝土拱桥台阵试验研究:场地条件的影响

为了研究不同场地条件对钢管混凝土拱桥地震响应的影响规律,以某钢管混凝土拱桥为原型,设计制作1/16缩尺比例模型,依据NEHRP场地分类标准,选取符合不同场地条件的ChiChi地震波,利用多子台积木式振动台台阵系统,完成了纵向、横向、竖向、横向+纵向和横向+竖向一致地震动输入的对比试验。研究结果表明:场地条件对此类钢管混凝土拱桥响应的影响较为显著,结构响应由A类至E类场地逐类递增,结构在E类场地下的响应为A类场地的1.6倍~4.1倍;相对于水平向加速度响应,拱顶竖向加速度响应对场地条件更为敏感,场地条件对竖向加速度的放大作用要高于水平向加速度,在确定设计加速度反应谱时,如果竖向设计加速度反应谱与水平设计加速度反应谱采用相同的场地系数会使竖向加速度反应谱最大值偏小。     

冲击碾压改建旧水泥混凝土路面施工时的地基振动特性

为了解冲击碾压水泥混凝土路面施工时的地基振动与影响特性,基于动力三维有限元分析方法,考虑材料的弹塑性,对四楞冲击压路机冲击碾压水泥混凝土路面时地基的振动与传播特性进行了研究,并将数值计算结果与现场地基振动监测数据进行了对比分析;然后将冲击碾压地基实测振动信号作为输入,对离震源不同距离的砌体和框架建筑结构时程动力响应进行了计算,探讨了冲击碾压改建施工的安全防护标准。研究表明冲击碾压引起的地基振动具有冲击瞬态特性,地基振动中竖向振动加速度分量最大,横向振动和纵向振动加速度大小相当。振动加速度各分量沿道路横向距离10m范围内衰减变化显著,随着冲击破碎遍数递增,土基振动有增大现象。冲压振动与结构物的共振效应较小,对15m以外的完好建筑物影响很小。建议在普查无临界状态房屋条件下结构安全距离为15m,考虑对人的振动影响安全距离为20m。     

跨越地裂缝框架结构振动台试验及数值模拟研究

为研究地震作用下跨地裂缝框架结构的破坏机理和地裂缝场地的动力响应规律,以西安地裂缝f4为背景,根据模型相似关系,对跨越地裂缝框架结构进行了缩尺比为1∶15的振动台模型试验。同时采用有限元软件ABAQUS建立了地裂缝场地土和上部结构共同作用计算模型。通过计算结果与试验结果的对比,表现出较好的一致性,验证了数值模拟分析方法的可行性。分析结果表明:地裂缝场地对土层加速度有放大效应,在靠近地裂缝的上盘处放大作用最为明显;地裂缝场地对框架结构的动力响应有较大影响,且上盘对结构的影响大于下盘;结构的破坏与地震波的类型和强度有关。研究成果为跨越地裂缝结构设计提供了参考。     

非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究EI北大核心CSCD

在西安市地裂缝活动性逐渐减弱并趋于稳定的背景下,以西安唐延路地下人防工程处f4地裂缝为研究对象,进行了跨越地裂缝结构有限单元类型选择,利用有限元ABAQUS分析软件建立了普通场地和地裂缝场地上考虑配筋位置和数量的三维实体框架结构精细化模型,并将计算结果与地裂缝振动台模型试验结果进行了对比。通过框架结构层间位移及位移角定量分析,找出了非一致地震激励下地裂缝对上部框架结构的影响规律。计算结果表明,地震作用时地裂缝的存在加剧了上部结构的破坏,跨地裂缝结构的地震响应与地震类型、地震强度、楼层位置有关。随着地震强度的增大,跨地裂缝结构动力响应显著增大。     

非一致性地震作用下跨越地裂缝结构的动力响应研究

在西安市地裂缝活动性逐渐减弱并趋于稳定的背景下,以西安唐延路地下人防工程处f4地裂缝为研究对象,进行了跨越地裂缝结构有限单元类型选择,利用有限元ABAQUS分析软件建立了普通场地和地裂缝场地上考虑配筋位置和数量的三维实体框架结构精细化模型,并将计算结果与地裂缝振动台模型试验结果进行了对比。通过框架结构层间位移及位移角定量分析,找出了非一致地震激励下地裂缝对上部框架结构的影响规律。计算结果表明,地震作用时地裂缝的存在加剧了上部结构的破坏,跨地裂缝结构的地震响应与地震类型、地震强度、楼层位置有关。随着地震强度的增大,跨地裂缝结构动力响应显著增大。     

福州地铁运行引起的环境振动加速度预测分析

建立了车轨垂向耦合振动数值模型和隧道-土体有限元模型,总结了地铁沿线典型场地土分布,利用车轨垂向耦合模型获得振源加速度,通过隧道-土体有限元模型对福州地铁运行引起的环境振动加速度进行了预测分析。结果表明,福州市场地类别以II类和III类为主,环境振动加速度振级随着距离的增加呈减小的趋势,且III类场地低频成分更加丰富,可能引发频率相近的建筑物和精密仪器的共振;两种场地类型均存在一个振动放大区,且III类场地的振动放大区的幅度更大,范围更广;在一定的距离范围内,环境振动加速度主频体现了扣件轨道共振频率,对于加速度主频和2 Hz以下的低频振动,距离的影响不明显;环境振动加速度振级随着车速的增加而增大;载客量的增加仅有限的增大40 m范围内的环境振动;列车单线运行时引起的环境振动加速度振级比双线运行时有较明显的降低,且III类场地的降幅大于II类场地。     

高架轨道交通附近自由地表振动试验研究

针对某城际快铁高架桥列车运行引起的附近自由场地环境振动进行现场测试。结果表明,在近场测点,加速度时程呈明显列车周期性加载现象;随距离的增加,振动快速衰减,并在7.5 m处有反弹增大现象;距线路越远,振动衰减越慢,地面振动加速度级随距离的变化满足对数关系;高架轨道交通引起的地面横向水平振动加速度级较竖向大3.9~9.0 dB;地面竖向振动优势频率范围10~100 Hz,横向振动频率主要在4~100 Hz,低频振动较高频振动传播距离更远;双线高架桥引起的环境振动偏载效应突出;振动加速度级随车速的变化规律为0.036~0.049 dB/(km·h-1)。     

考虑轨道伤损的列车-无砟轨道-桥梁系统动力特性

为探讨桥上无砟轨道损伤对列车-轨道-桥梁系统动力响应的影响规律,基于车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理,基于ANSYS+SIMPACK联合仿真,建立了考虑墩台纵向支座刚度、轨道结构及层间接触特性的双线32m简支箱梁桥CRTSⅢ型无砟轨道空间动力学模型。研究了时速200km列车通过条件下,扣件伤损及轨道板和底座板间离缝对车桥系统动力响应的影响规律。研究表明:单个扣件失效对轨道动力响应影响有限,0.07m板缝处轮轨竖向力骤变显著,钢轨竖向位移和钢轨节点反力增大明显;扣件连续失效对系统整体影响更大,其中相邻且对侧扣件失效影响最大;自密实混凝土沿轨道板横向完全脱空后,纵向离缝长度越大,对系统动力响应的影响也越大;相邻轨道板端部自密实混凝土都沿横向完全脱空对系统动力响应影响最大,轨道结构与桥梁结构的垂向加速度、竖向位移均增幅最大,增势最快;离缝长度1.2m,轮重减载率接近限值,继续增加至1.6m时,列车将脱轨;轨道板和桥梁的竖向振动随着离缝长度的增大显著增大,振动骤增会对轨道以及桥梁的耐久性产生不利影响,建议离缝长度检修限值可设为1.2m,并应重点关注轨道板端部自密实混凝土界面脱空情况。     

地铁引起的振动对框架结构的影响及隔振研究-以某教学楼为例

地铁振动对多高层框架结构有一定影响,以广州某教学楼为例进行了研究。首先测量了建筑场地的环境振动,发现场地z向振级大于水平振级,并超出限值要求;将场地最不利加速度时程作为一致激励进行了上部结构的振动响应分析,结果表明3.15-31.5 Hz频段的振动被放大,结构的z向振级逐层增大;对教学楼基底设置钢弹簧隔振装置后,分析结果表明该措施可有效降低23%的地铁振动,并满足限值要求。     

上海地铁荷载作用下邻近建筑物振动响应分析

为进一步了解上海地区地铁运行所引起的临近建筑物振动情况,根据上海实际地层剖面建立隧道-土体-建筑物相互作用三维有限元数值模型,分析地铁运行所引起的相邻建筑物各层水平和竖向振动变化规律。其中,列车荷载由三质点振动模型求出并施加于轨道上。同时对列车运行速度、建筑物与隧道距离及建筑物楼层数等因素对振动幅值的影响进行分析。结果表明,同一建筑物内竖向振动随层高基本不变,水平向振动先减小后增加,顶层有明显的振动放大现象;建筑物各层的振动随列车车速的减小、与轨道中心距离的增大和楼层数的增大而减小;但随着楼层数的增加,建筑物各层水平向振动放大现象也更明显。     

斜交简支梁桥地震碰撞反应参数分析

为研究斜交简支梁桥地震碰撞反应,采用开放式地震模拟软件Open Sees,建立能够考虑梁体与桥台间纵向碰撞、摩擦作用及梁体与挡块间横向碰撞效应的斜交简支梁桥精细化动力计算模型,分析水平地震动输入方向、竖向地震动和斜度等对斜交简支梁桥地震碰撞反应的影响规律。结果表明:忽略横向碰撞时,斜度为α的简支梁桥梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角在水平地震动以角度θ=90°-α输入时达到极小值;考虑横向碰撞后,由于挡块的有效限位作用,梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角会减小,竖向地震动对地震碰撞反应的数值有一定影响,但对其随斜度的变化规律没有明显影响,钝角处支座上拔力随斜度增大而增大,锐角处支座上拔力随斜度增大而减小,且支座上拔力由钝角处向锐角处逐渐减小,考虑水平地震动输入方向影响时,梁端纵向最大位移随斜度增大而增大,上部结构峰值转角、梁端纵向最大碰撞力随斜度增大呈先增大后减小的变化规律,梁体与挡块间横向最大碰撞力随斜度的增大总体变化不大。     

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。     

基础竖向周期激励下GFRP圆弧拱面内动力稳定性实验研究

该文为探究铺层角度对基础竖向激励下GFRP圆弧拱平面内动力稳定性能的影响,开展了系统的实验研究。设计了6组不同铺层角度的圆弧拱试件,利用TIRA激振器模拟输出基础竖向周期激励,采用NDI三维动态采集仪采集圆弧拱的竖向动位移,根据测得拱的面内自由振动响应,分别通过快速傅里叶变换和自由衰减法获得拱的自振频率和阻尼比。通过扫频实测了GFRP拱的动力不稳定域边界,并与有限元计算结果进行对比,基本吻合。研究表明：当外部频率约为结构自身频率两倍时,结构会出现激烈的面内反对称振动现象,即为参数共振失稳;当激励加速度小于临界激发加速度时,拱处于定态振动;外激励大于临界激发加速度时,GFRP拱出现参数振动,并且随着加速度的增大,拱的振动愈发激烈;随着铺层角度的增大,拱的自振频率和临界激发加速度逐渐减小,阻尼比与不稳定域范围逐渐增大。     

列车交会运行时简支箱梁与U梁振动特性分析

为探明列车交会运行时城市轨道交通简支箱梁与U梁的结构振动特性，为桥梁振动控制、结构选型提供理论依据，基于有限元和多体动力学方法，建立城市轨道交通三维车桥耦合模型，对比分析不同列车运行工况下简支箱梁和U梁的振动传递规律。研究结果表明:移动荷载作用下，桥梁结构振动响应以竖向为主，且随着速度增大而增大；列车单向运行与双向等速交会运行时箱梁结构局部振动频率基本相同，但单向运行时桥梁加速度响应幅值约为等速交会运行时的1/2，而等速交会时U型梁加速度响应幅值在部分频段内有一定衰减；进行箱梁振动控制时应重点关注腹板和翼板位置的竖向振动,而进行U梁振动控制时应重点关注底板处的竖向振动和翼板处的横向振动，列车交会频繁地段可增强箱梁底板和U梁中主梁底板处竖向振动控制；在对轨道交通中的高架桥梁选型时，宜根据现场实际工况进行结构稳定性和结构噪声影响等分析。     

大跨悬索桥结构阻尼的风速依赖特性研究EI北大核心CSCD

针对大跨悬索桥的模态阻尼的风速依赖特性还未被深入探究的问题,以西堠门大桥健康监测系统获取的加劲梁加速度时程序列为分析对象,采用自然环境激励技术与特征系统实现算法相结合的方法(NExT‑ERA),识别了西堠门大桥在七组风速下共3015组模态频率和模态阻尼比,重点分析了结构模态阻尼比的风速依赖特征、概型分布及其置信区间,探讨了大跨悬索桥模态阻尼的统计参数随风速的变化规律。研究发现:不同风速下西堠门大桥横向振动阻尼比均在1.0%以上,但特定风速下结构竖向和扭转振动阻尼在95%保证率的最小值分别为0.2%和0.3%;风速的变化对大跨悬索桥模态阻尼比的大小和波动程度均会产生显著影响,相同风速条件下,结构扭转和横向模态阻尼的均值和方差均明显大于竖向阻尼;随着风速的增大,竖向阻尼的均值和方差逐渐增大,扭转阻尼的均值和方差略有减小,但横向阻尼变化不大;不同风速条件下结构3个方向的模态阻尼比均服从广义极值分布,但风速会影响结构竖向和扭转振型阻尼的概型分布的拖尾性质。     

运行列车对周围建筑物振动影响的试验研究

研究了运行列车对建筑物振动的影响规律。测试时,客车的速度范围为40～115km／h,货车为26～57km／h。测试结果表明：建筑物的振动总的趋势是随与振源距离的增大而减小,随列车车速的提高而增大;相同车速的货车比客车引起的速度振级大5～15dB;对6层建筑物,楼板振动沿层高呈增大趋势,顶层的竖向振级比底层大2～6dB,横向振级比底层大10～15dB;房间中央的楼板振动大于边角和楼梯楼面的振动;楼外地面的速度振级比楼内地面大2～10dB,其差值随振级的增大逐渐变小。列车对附近建筑物的振动影响比较严重,超出了有关标准的规定,应引起重视。     

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。