基于现场测试的列车引起地基振动分析

 对秦沈客运专线列车引起地基振动进行现场测试,通过对实测数据的时频分析,得到一个由轨道不平顺引起的基频。推导考虑轨道不平顺条件下列车动荷载的简化解析解,基于波数有限元理论推导动荷载作用下地基动力响应的柔度矩阵。以现场实测数据为依据,建立列车–轨道–地基振动模型,以推导的列车荷载为输入,计算轨道不平顺条件下列车运行引起的地基振动。分析不平顺幅值、波长以及车速对动态轮轨力的影响;研究层状地基上多轮荷载作用产生的动力响应,讨论车速变化对地基振动的影响。研究结果表明：所提出计算模型可以高效地预测轨道不平顺引起的地基振动;不平顺波长与列车运行速度一定时,轨道不平顺幅值越大,地基振动响应和轮轨作用力越大;不平顺幅值与列车运行速度一定时,不平顺波长越长,地基振动加速度和动态轮轨作用力越小;轨道不平顺波长与不平顺幅值一定时,车速越大振动加速度越大。     

高速铁路路桥过渡段动力响应研究

针对某一典型路桥过渡段,利用Fortran语言编制车辆-轨道-过渡段动力大耦合计算程序,借助轨道不平顺性的实测数据,深入分析了不同速度高速列车通过该区段时车体的各项动力学指标,并开展了参数研究,得出以下结论:在150~250km/h的运行速度下,行车的安全性和舒适性指标均能满足规范要求;不平顺幅值对车体响应有着重要影响,缩短波长措施可以有效降低车体振动加速度,提高列车行车平稳性与舒适性。     

地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析

 为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–饱和土体耦合分析模型,其中列车荷载用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟,轨道结构中的钢轨和浮置板简化为无限长弹性Euler梁。基于弹性理论和Biot多孔介质理论,采用2.5维有限元法分别模拟衬砌和饱和土体,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道系统与衬砌及周围饱和土体的耦合,并通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的动力响应。研究结果表明,随着常荷载移动速度和移动简谐荷载自振频率的提高,地表振动水平显著增大;移动常荷载产生的地表响应最大值在荷载正上方,其空间衰减率保持恒定;移动简谐荷载产生的地基振动大于移动常荷载产生的地基振动,响应最大值在列车运行线路两侧一定范围内;在移动简谐荷载作用下,钢轨速度谱与地表速度谱分布在以简谐荷载自振频率为中心的一段范围内。     

不平顺条件下高速列车运行引起的地基振动

为准确地研究高速列车运行产生的环境振动,从列车运动平衡方程出发,结合轨道弯曲方程,推导不平顺条件下的列车动荷载简化解析表达。以推导的列车振动荷载作为输入,利用2.5维有限元法,研究不同列车运行速度下不平顺幅值和波长对地基振动的影响。分析结果表明：不平顺波长与列车运行速度一定时,不平顺幅值越大,引起的轮轨作用力和地基振动加速度越大;不平顺幅值与列车运行速度一定时,不平顺波长越长,引起的动态轮轨力及地基振动加速度越小。     

轨道列车对超大扁平式共建体结构振动影响的评估研究

轨道列车频繁穿越共建体会引起上部结构换乘旅客的不舒适感,同时也会造成楼板、填充墙、门窗洞口的振动,带来结构安全性问题。以武汉天河机场交通中心工程为例,实测由轨道列车运行引起的各楼层的动力响应,基于ISO10137∶2007、GB6722—2014《爆破安全规程》及GB/T50452—2008《古建筑防工业振动技术规范》中的相关规定,采用频率计权均方根加速度(R.M.S)、振动频率和振动速度等指标对结构舒适度和安全性进行评价,分析不同楼层、不同位置对轨道列车运行的动力响应。结果表明,在测试条件下,距列车越近的测点振动响应越大,城铁引起的振动响应比地铁小,各楼层的结构舒适度和安全性满足规范要求。     

基于高斯混合模型的列车随机振动加速度响应最大值分布统计分析

为可靠地评估列车运行的安全性与平稳性,基于多体动力学理论和概率统计方法,对随机轨道不平顺激励作用下列车加速度响应最大值的分布规律进行分析。采用多体动力学软件Simpack建立列车轨道耦合模型,通过三角级数法模拟得到轨道不平顺作为随机输入激励,基于Monte-Carlo方法计算得到列车在行驶过程中加速度响应的样本序列。将列车加速度响应样本序列的最大值作为随机变量进行统计分析,通过构建基于高斯混合模型的列车振动加速度响应最大值的概率密度分布函数,并结合期望最大化算法对概率模型参数进行最大似然估计,从而对列车加速度响应最大值分布的统计规律以及响应样本数量的选取开展研究。结果表明:采用高斯混合模型能有效地拟合列车加速度响应最大值的分布规律;此外,随着车速的增加,列车加速度响应最大值分布的离散性增强。     

列车自重和轮轨动力作用力引起的地基振动分析

为了更准确研究高速列车引起的地基振动,提出了车体—轨道系统—饱和土地基耦合分析模型。列车荷载分为两部分:车体轴重和轨道不平顺引起的轮轨动力作用力。车体模拟为一个多刚体系统,并在轮对与轨道之间引入Hertizian线性接触模型来考虑轮轨的动力相互作用。通过车体轮对与轨道接触点位移协调条件,求得轨道不平顺等因素引起的轮轨动力作用力。在忽略土颗粒压缩性与自重的情况下,饱和土体中引入Biot波动理论来描述其动力特性。轨道系统与土体控制方程通过Fourier变换在变换域里进行求解,时域数值结果通过快速Fourier逆变换(IFFT)求得。研究了轮轨激振频率对轮轨动力作用力的影响以及在列车轴重与轮轨动力作用力作用下饱和土体的动力响应,表明轮轨动力作用力对列车荷载引起的周边环境振动有着重要影响,在实际工程中不能忽略。     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用下路基的动应力分布规律。研究结果表明:采用的车辆荷载处理方法在保证计算精度的前提下代替车辆-不平顺轨道-路基-地基整体耦合振动模型,降低了建模及计算时间成本;竖向动应力沿横向分布规律,在轨道结构中数值较大,路基基床内远小于轨道结构中的数值,基床表层及基床底层底面出现"马鞍形"分布;沿竖向分布,随着深度的增加,竖向动应力逐渐减小,在基床表层内的衰减率较大,甚至超过50%;沿纵向分布,在各结构层内产生了与转向架数目相等的应力峰值数目,列车运行过程中轨道及路基动应力的变化可以看作是反复的加、卸载过程;列车移动速度对路基动力响应影响作用明显,时速由200km/h增长到350km/h时,各结构层动应力幅值增长均超过30%。     

轨道几何不平顺对高速客车动力响应影响分析

利用动力仿真软件计算多种类型轨道单一不平顺、复合不平顺激扰下高速客车的动力响应,着重分析了轨道曲线头尾处直缓点和圆缓点区域的复合不平顺对高速客车运行安全性和平稳性的影响,研究结果表明,轨向和水平逆相位复合不平顺类型对列车运行的安全性和平稳性有很大的影响,尤其在曲率变化的区域内需要重点控制。     

高铁下穿酒店振动影响预测及减隔振分析

文章以某酒店为研究对象,采用Midas GTS NX建立包含高铁站房结构、土体和酒店结构精细化有限元模型,通过在列车轨道位置处施加扣件支点处的振动荷载时程,进行动力分析得到酒店结构的响应,然后进行振动舒适度评价。选取两个测点在未减隔振、采用减振轨道、采用隔振支座、采用减振轨道同时采用减振隔振支座的四种工况下的时域加速度、频域加速度和三分之一倍频程域振动加速度进行对比,分析了减振措施的效果。完成了车-轨-隧-建筑物振动仿真计算方法,为振动控制措施的选取提供参考。     

深圳火车北站高架轻轨列车振动效应分析

为实现乘客"零换乘"的设计思路,深圳城市轻轨4、6号线高架于深圳北站站房结构上,这使得列车引起的振动直接作用于车站建筑物,并影响到站房其他区域而产生振动,进而有可能影响到站房尤其是候车旅客的舒适性及站内附加设施的使用性能。车站结构设计时,将轨道交通车辆与深圳北站站房建筑物建立动力耦合系统进行分析研究,考虑轻轨列车不平顺、单列、双列、4线同时进站制动的各种情况,把制动力时程输入车站站房整体结构计算,从加速度响应角度对深圳北站站房结构在轻轨列车制动力作用下的振动状态进行分析和评价。计算结果表明,最不利运行工况下,高架列车所致站房振动加速度效应满足旅客的舒适性限值要求。     

列车-有砟轨道-路基系统竖向耦合振动及其响应分析

由于道砟颗粒在列车高速运行下会发生剧烈振动以至于产生颗粒破碎甚至飞溅现象,对有砟轨道系统的动力学研究显得十分迫切。为探究在列车行驶过程中车体、轨道、路基在竖直方向上的动力响应,结合刚体假设、有限单元法、离散单元法建立列车-有砟轨道-路基竖向耦合系统,通过简化轮轨相互作用关系,建立列车-轨道系统竖向耦合振动方程,轨道及其下部结构在受力分析后通过矩阵的"对号入座"法则建立有砟轨道-路基的振动方程,最后得到列车-有砟轨道-路基竖向耦合系统的振动方程。基于MATLAB编程软件,采用Newmark-β逐步积分法求解振动方程。最后得到在列车荷载作用下,列车本身、钢轨、轨枕、道床层、路基层的动力响应以及轮轨力,分析计算得到的结果与相应的限定值进行比较,验证了所建立模型的正确性。     

温州某公轨共建高架车站结构设计

为了解决城市廊道资源的紧张和公共交通发展需求的矛盾,出现了轨道交通和快速路的共建型式,即公轨共建的复合型交通模式,以温州市域铁路S2线一期工程的人民路站为例,研究公轨共建高架车站的结构设计要点.首先,为降低浅层气体对桩基的承载力及沉降影响,对遇到局部浅层气体发育的基础设计提供了合理的解决方案.然后针对公轨共建一体化车站...     

铁路钢桥环氧沥青柔性保护层受力控制指标值研究

研究轨道高低动态不平顺引起的列车随机动荷载作用下铁路钢桥柔性保护层的力学行为。采用有限单元法,建立高速列车-轨道-柔性保护层-桥梁耦合体系有限元模型,其中轨道体系采用一次梁(单层)轨道模型和离散支撑体系。将轨道高低不平顺作为列车随机动荷载的激励源输入,通过典型铁路钢桥面系算例分析可见,轨枕两侧、纵肋上方及轨枕下方对应的保护层区域较易出现开裂破坏;钢板和保护层之间较容易发生横向剪切滑移;考虑轨道高低动态不平顺的柔性保护层力学响应明显大于静载计算结果。研究成果表明铁路钢桥柔性保护层设计时应重点考虑轨道随机不平顺的影响。     

参数化分析列车运行产生的路堤–地基振动

 为预测和分析高速列车运行产生的轨道和路堤振动及波动在沿线周围地基中的传播，利用2.5维有限元方法建立了轨道、路堤和下卧层地基在移动荷载作用下的动力耦合分析模型及无路堤情况下的轨道地基模型，求解三维地基的动力响应。对高速或低速运行的列车多轮重荷载产生的路堤和地基振动进行对比分析。通过参数化分析明确轨道刚度、路堤高度、地基土的剪切波速及阻尼系数、列车速度和振动频率等参数对地基振动和传播特性的影响。给出的方法和结论可用于分析软土地基上运行高速列车时的稳定性问题和评估列车运行对周围环境的振动影响。     

高速铁路钢-混结合箱梁桥车致振动与结构噪声预测分析与试验验证

为了高效、快速地进行钢-混结合箱梁车致振动与结构噪声的预测，基于虚拟激励法-辛方法(PEM-SM),将轨道不平顺作为平稳性的随机激励，轨道结构视为无限长的周期性子结构，在频域内求解轨道系统的动力响应，建立有限元-边界元(FE-BEM)、统计能量(SEA)混合预测模型。将一32m高速铁路钢-混结合箱梁声振试验结果作为依据，验证所提方法与预测模型的有效性。分析结果表明：桥梁总振级和总声压级整体随着列车速度的增加而增大；钢梁腹板的总振级和总声压级均大于钢梁上翼缘和底板，腹板也是主要的声辐射构件。     

短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性影响

运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立列车-板式无砟轨道-桥梁竖向振动方程组。分析列车高速运行时,短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响,并对不同种类不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响进行对比研究。研究表明:短波随机不平顺对车体垂向加速度、钢轨位移、轨道板位移、桥梁位移影响很小;短波随机不平顺对轮轨垂向力、钢轨垂向振动加速度、轨道板垂向振动加速度、扣件竖向压应力、CA砂浆竖向压应力有很大的影响;短波随机不平顺对钢轨最大弯矩、轨道板最大弯曲应力、桥梁振动加速度也有一定的影响。为了降低短波随机不平顺的危害,高速铁路定期打磨钢轨十分重要。     

扣件弹性失效对车辆-轨道系统动态特性影响研究

通过有限元ANSYS和多体动力学SIMPACK联合仿真,运用车辆-轨道耦合动力学理论,实现车辆-轨道耦合振动整体模型,计算分析扣件失效对车辆及轨道的各项动力学性能指标的影响。研究结果表明:弹性扣件失效引起轨道结构刚度不平顺,尤其是连续失效状态下,加剧轮轨间相互作用,增大了轨道结构,尤其是钢轨、扣件弹性失效点处相邻扣件的动力响应,加速轮轨系统各个部件的损害,但对行车平稳性的影响不大,且在低速状态下,速度对弹性失效相邻扣件节点的支反力变化幅值的影响相对较小。     

高速铁路列车振动荷载的分析

结合国内外研究成果,建立了两系悬挂的车辆-轨道系统的垂向耦合动力学模型和数学模型,总结了列车振动荷载的数学表达式,以此完成对列车振动荷载的求解.     

曲线轨道空间振动响应特性研究

曲线轨道空间振动存在平面内振动、平面外弯扭耦合振动,通过建立曲线轨道空间振动频域解析模型,对曲线轨道动力响应特性进行研究。将曲线轨道视为圆形结构的一部分,利用圆形结构周期性的特性,在一个基本元之内求解曲线轨道的动力响应。通过引入移动谐振荷载作用下轨梁动力响应的频域数学模态,得出曲线轨道轨梁频域响应的级数表达。在频域内采用数学模态叠加法表示曲线轨梁的纵向、横向、垂向及扭转振动,进而求解得到基本元内轨梁的频域动力响应。经计算表明,文中提出的频域解析模型能够得到精确的曲线轨道频域响应。通过分析速度、半径、超高等因素,得到以下结论：准静态激励下单个移动轴荷载对曲线轨梁的垂向、横向及扭转振动的影响范围在作用点两侧±5m左右;轴荷载移动速度对曲线轨梁横向位移、扭转变形具有显著的影响,随着速度的增加,曲线轨道由过超高状态逐渐过渡到理想超高状态,最终进入欠超高状态,轨梁横向位移、扭转变形方向发生改变,响应幅值先减小后增加;半径、超高和速度对曲线轨梁垂向位移、横向位移及扭转变形影响较大;随着半径的增加,速度对位移响应的影响程度降低;准静态移动轴荷载列作用下曲线轨梁垂向、横向及扭转频域响应主要集中在40Hz以内的频段;横向振动、扭转振动频谱分布范围较宽。