中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动#br# 理论分析与试验验证

为探讨中低速磁浮列车-桥梁系统竖向动力相互作用特性,文章将中低速磁浮列车进行两种方式的简化,考虑PID主动悬浮控制系统,基于模态叠加法,建立2种类型的中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动分析模型。随后基于长沙中低速磁浮运营线桥梁动载试验,对建立的2种仿真模型进行对比与验证。基于仿真模型2,以不同梁高的桥A、桥B、桥C为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动特性进行分析。研究表明：将磁浮列车简化为均布荷载的方式能较为准确的模拟实际状况;桥梁刚度的减小会导致作用于车辆和桥梁上的电磁悬浮力增大,使得车体和桥梁的动力响应变大;磁浮列车低速运行时悬浮力频谱分布较离散,而正常速度运行时较集中;中低速磁浮列车-桥梁系统竖向存在着由电磁悬浮力自身频率引起的共振现象,该共振频率较低。     

低速磁浮列车在简支梁上运行和静悬浮时的耦合振动试验研究

为研究低速磁浮列车在简支梁上运行和静悬浮时的磁浮列车-简支梁系统耦合振动特性,以长沙磁浮商业运营线为背景,选取其中一孔25m预应力混凝土简支梁进行现场动载试验,实测同一列磁浮列车以两种质量（重车：30t+30t+30t;轻车：24t+24t+24t）在简支梁上通过和静悬浮时的车体、悬浮架、简支梁的振动加速度。试验数据表明：磁浮列车在低速运行时,悬浮系统不稳定,使得简支梁加速度在60Hz处有较大峰值,且幅值随着车速的增大而减小,最后趋于平稳,简支梁的加速度在低速运行范围内较高速运行时大,并且在低速运行范围内随着车速的增大而减小,这一频率（60Hz）不受悬浮质量的影响;悬浮质量越大,悬浮系统越不易稳定,重车的稳定车速为50km/h,轻车的稳定车速为30km/h;悬浮质量越大,悬浮系统的不稳定性对车体和悬浮架加速度的影响越大;磁浮列车静悬浮时,简支梁表现为持续的强迫振动,该激励频率为90Hz,使车体、悬浮架、简支梁均在90Hz处出现峰值,这一频率（90Hz）与悬浮质量的大小无关。     

大跨径轻轨桥梁车桥耦合振动分析

为了简化车桥耦合振动的分析过程,介绍了利用简化的车辆模型在ANSYS单一环境中实现车桥耦合振动分析的方法。以一座三跨轻轨连续梁桥为例,分析行车速度和地震作用对车桥耦合振动的影响。结果表明,行车速度对桥梁跨中竖向位移影响较小,对横向位移和加速度响应影响较大;考虑地震作用与列车荷载共同作用后,桥梁竖向位移、加速度及轴力峰值大于仅有列车荷载作用下的结果,说明地震作用和列车荷载存在一定程度的耦合。     

中低速磁浮道岔振动与控制研究现状与展望

磁浮道岔是中低速磁浮轨道交通的关键结构,磁浮列车—道岔耦合振动直接影响行车的安全性和平稳性,也是制约磁浮道岔设计优化的主要因素。文章针对中低速磁浮道岔,总结分析了当前国内外磁浮道岔振动、振动控制的研究现状及研究不足。磁浮列车—道岔耦合振动是一个由悬浮控制器、车辆和道岔所组成非线性系统问题,在此基础上对中低速磁浮道岔振动与控制的研究方向作出了展望。     

EMS型高速磁浮列车-桥共振分析

运用多体动力学、结构动力学和主动控制理论,建立了EMS型高速磁浮车辆-悬浮控制系统-多跨简支梁桥耦合振动模型,并自编了计算程序,能够对任意数量的磁浮列车和桥梁的耦合振动进行计算。模型主要分为磁浮列车、悬浮控制系统和多跨简支梁桥三个子系统,列车和简支梁桥通过来自悬浮控制系统的电磁力产生耦合关系。通过计算程序对车桥耦合作用下车体和悬浮架的动力响应进行详细分析,结果表明：车体和悬浮架的振动频率成分相同,证明了简支梁桥对悬浮列车的激励频率公式为f=v/3.6L;高速磁浮列车车体和悬浮架的自振频率分别为0.72,3.95 Hz,其对应的共振速度分别为63.8,352.2 km/h。     

高铁站房大跨钢楼盖行车和人群荷载激励下振动响应实测与分析

对西安高铁站候车大厅在列车进出站、人群荷载激励下的结构振动响应,采用加速度传感器和信号采集分析仪进行了现场实测。分析了各测试工况下结构振动响应情况、行人-结构耦合作用、行走频率及行走状态对结构振动的影响。结果表明:列车进、出站及乘客检票进站时,不会产生较大竖向振动。人群荷载激励工况下,结构发生共振时等效正弦波峰值加速度最大为609.99 mm/s2;共振状态下,具有明显的行人-结构同步效应,且不同行走状态的人群对同一振动的反应各不相同。结构在步行频率及其整数倍频率上的振动响应较大;功率谱分析表明,人群荷载前3阶谐波分量对楼板振动贡献最大,舒适度分析时可只考虑前3阶谐波分量。采用加速度峰值会高估结构加速度响应,建议采用ESPA规范评价结构竖向舒适度。     

预应力混凝土刚架索梁楼盖体系振动舒适度研究

介绍了国内外振动舒适度评价标准及评价指标,结合大跨度楼盖振动舒适度问题,指出预应力混凝土刚架索梁楼盖体系竖向振动频率不小于3Hz,作为办公室在落足激励下竖向峰值加速度不大于0.5%g。通过SAP2000建立了预应力混凝土刚架索梁楼盖体系"杆单元-壳单元"三维计算模型,对该楼盖振动舒适度进行了评价。该计算模型以Murray建立的落足模型为基础,考虑了测试人员的实际体重,通过时程分析方法得到预应力混凝土刚架索梁楼盖体系在落足激励下的峰值加速度时程响应,并在此基础上得到楼盖竖向振动基本频率,计算所得峰值加速度和基本频率与试验结果吻合良好。     

宜兴某学校屋顶操场楼盖振动舒适度分析

宜兴某学校屋顶操场楼盖为钢筋混凝土—大跨度型钢混凝土楼盖,局部跨度较大,易产生振动舒适度问题。建立了楼盖结构有限元模型,进行模态分析,得到了楼盖竖向振动自振频率和模态;考虑行走、跑步、广播体操动力荷载,进行时程分析,得到了楼盖竖向振动加速度响应和峰值加速度;选定评价标准,对楼盖振动舒适度进行了评价。分析结果表明,此楼盖结构能满足振动舒适度要求。     

跨海公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合振动研究

基于大系统的思想,建立车-桥-风浪流耦合动力系统,包括车辆子系统、桥梁子系统和风浪流耦合场子系统。根据各子系统之间的相互作用力以及车辆子系统与桥梁子系统之间的位移协调关系,建立车-桥-风浪流耦合动力系统的运动方程,并基于分离迭代法提出了车-桥-风浪流耦合动力系统动态响应的求解流程,从而建立跨海公铁两用桥梁车-桥-风浪流耦合动力系统的振动分析方法。以某跨海公铁两用斜拉桥方案为对象进行研究,结果表明：风浪流耦合场同时激励车辆和桥梁的主梁、桥塔及水中基础,与风场单独作用相比,风浪流耦合场能够激发桥梁产生更大幅度的横向和扭转振动,恶化列车运行安全性指标,桥梁主梁在主跨跨中处的横向位移、横向加速度、扭转位移、扭转加速度的均方根分别增大0.8%、23.1%、4.9%和0.5%,在边塔处的相应均方根分别增大204.9%、167.0%、198.7%和314.7%;列车车体加速度、轮轨横向力和轮重减载率分别增大60.9%、7.2%和6.6%。因此,对于跨海公铁两用桥梁,需合理考虑风浪流耦合作用,仅考虑风场单独作用将高估桥梁结构和列车行车的安全性。     

磁浮列车对某枢纽磁浮站屋荷载作用特性研究

结合虹桥综合交通枢纽磁浮站屋结构一体化设计研究,介绍了磁浮列车与考虑轨道梁间耦合振动的研究成果,磁浮列车的动力荷载特性的理论分析结果与磁浮试验对比表明：该研究方法是可行的。     

Dynamic behavior of hybrid framed arch railway bridge under moving trains

In this study, the dynamic behavior of a concrete-filled steel tube (CFST) hybrid framed arch railway bridge under moving trains are investigated through an in-site dynamic test. The bridge was tested under train loadings in different scenarios and at different speeds of the trains. The free vibration characteristics, strain, displacement, and acceleration of the bridge structure were measured to evaluate the dynamic responses of the train-bridge coupling system. A three-dimensional finite element model, which took into account the train-bridge coupling and track irregularities, was established to analyze the behaviors of the train-bridge system. The model was validated against the in situ test results. The impact effect on the girder was greater than that of the arch frame. The acceleration responses of the trains on the bridge increased with the train’s speed. The riding comfort of the trains was evaluated based on the measured dynamic responses of trains.     

爆破地震动作用下砌体结构动力响应的现场实测与数值模拟研究

以江苏省昆山市朝阳西路南侧两栋楼房的爆破项目为工程背景,对爆破过程中产生的地震动及其效应,包括地震波的传播与衰减规律以及振动对邻近区域内一座三层砌体结构房屋安全性能的影响,进行现场测试,并采用有限元软件SAP2000进行数值模拟分析。测试结果表明,砌体结构房屋的竖向振动速度大于水平向振动速度,三层走廊的各向振动速度大于一层,竖向主振频率大都集中在10Hz以下,水平向主振频率相对分散,但基本不超过50Hz。经有限元数值模拟分析得到的低阶自振频率与顶层加速度值与实测的结果误差较小。     

行人-结构竖向动力耦合效应试验研究

对于轻质大跨度钢桥结构,行人-结构之间的相互作用会使结构动力特性和行人荷载特性发生改变。为此,针对行人-结构竖向动力耦合效应对结构动力参数和行人荷载动载因子的影响进行试验研究。通过测试行人在8种不同步行频率下行走时结构的动力响应,得到60人次554组有效加速度响应时程,进行运行模态分析;利用无线六轴蓝牙加速度传感器,分别在刚性地面和柔性桥面上开展了3种不同步行频率下行走激励的动力特性试验,得到了60人次1200条有效加速度时程,并对其进行傅里叶变换。结果表明：考虑行人-结构竖向动力耦合效应,人行桥自振频率略有减小,阻尼比显著增加,且随着同步行走人数的增加,结构频率及阻尼比变化率逐渐减小。由于桥梁自振力的存在,行人荷载作用于刚性地面上的动载因子(dynamic load factor,DLF)大于柔性地面上的,试验结果表明,相较于刚性地面,行人在柔性桥面上行走时的第一阶动载因子减小14.7%。给出了刚性地面和柔性桥面前四阶行人荷载动载因子拟合公式,其可为柔性结构下考虑行人 结构相互作用的生物力模型的建立提供参考。     

磁悬浮次声波检波系统在地下动水调查中的应用

新型磁悬浮检波器采用磁悬浮技术替代传统振动传感器中的弹簧或簧片,增大探测频带宽度,提高探测灵敏度。磁悬浮次声波检波系统具有机动灵活、成本低、用途广、操作简单的优势,在地下管道渗漏、设备设施运行监测等行业应用广泛。新型磁悬浮检波器被创新性地应用于地体工程渗漏的调查,证实了该设备在地下动水检测方面具有一定优势。     

人行天桥动力特性参数时变性分析及其TMD减振控制

人行天桥动力特性是影响桥上行人舒适度的主要因素。针对随机人群行走对人行天桥模态阻尼比和模态频率的影响,考虑人-人相互作用的行人步态主被动调整策略,基于考虑行人同步率的随机人群集中模型,推导了随机人群-人行天桥-TMD系统的耦合动力方程,分析了人行天桥动力特性参数时变规律,提出了基于人行天桥动力特性参数时变的TMD减振设计方法。结果表明：考虑人-人相互作用时,在随机人群行走下,人行天桥一阶瞬时阻尼比随人群密度的增大而大幅提高,提高的幅度与人行天桥基频和模态质量呈正相关;在随机人群行走下,人行天桥一阶瞬时频率随人群密度的增大而不断下降,降低的幅度与人行天桥基频呈负相关。基于人行天桥动力特性参数时变的减振设计方法能有效地减小单人定频行走、单人随机行走和随机人群行走下结构的竖向振动响应,其中0.6人/ m2随机人群行走工况下,人行桥竖向振动加速度减振率达到72%。     

地铁运行对沿线不同砌体结构的振动影响研究

随着地铁建设规模的不断扩大,地铁列车运行对沿线砌体结构振动影响日趋严重。针对这一问题,以某地铁线路邻近砌体结构为研究对象,建立了车辆-轨道-隧道-地层-砌体结构耦合模型,分析了砌体结构层数、墙体材料、基础材料对振动响应分布规律的影响。结果表明,墙体材料除石砌体外,均在不同层数出现振动响应放大现象,且配筋砌体最大;各种基础材料均出现振动响应放大现象,且峰值频域范围均为40~50 Hz;对于不同层数的砌体结构,水平向、垂向倍频程峰值个数略有区别,但每种层数下的最大加速度振级基本相同,均为60 dB左右。研究成果对地铁沿线砌体结构的振动控制具有指导意义。     

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...     

汽车荷载作用下地下结构的现场振动试验研究

为了研究汽车荷载引起地下空间结构的低频振动和噪声问题,开展了地下结构现场振动试验。在结构顶板上下表面和地下一层布设测点,从时域及频域方面研究车辆振动下地下结构的振动响应,同时结合振级和噪声标准进行环境评价。结果表明：汽车荷载作用下地下结构以竖向振动为主,顶板竖向基频约为17.0Hz,振动能量主要集中于15.0~30.0Hz; 振动响应从顶板传递至地下一层时大幅衰减,顶板与地下一层的竖向振动沿水平方向传递不明显;顶板横向振动传递时衰减较慢; 测试荷载工况下,结构顶板竖向峰值加速度为274.38mm/s2、地下一层楼面Z振级最大81.02dB,噪声最大56.66dB,超过楼盖峰值加速度、振级与声环境质量限值,需采取减振降噪措施。