高速铁路空沟减隔振措施数值分析与模型试验

空沟减隔振措施由于隔振效果明显、施工方便而在高速铁路减隔振工程中得到广泛应用。通过有限元软件ABAQUS对距离振源一定远固定位置处的振动情况进行数值分析,并通过缩尺模型试验分析相似工况下空沟减隔振措施的减隔振效果以及影响其减隔振效果的因素。对比分析结果表明:设置空沟可有效地阻隔振动波在土体中的传播,使土体的振动加速度明显减弱;空沟深度对距离振源一定远固定位置处的减隔振效果影响显著,设置空沟减隔振措施可使该区域的振动加速度衰减20%~60%;空沟宽度对距离振源一定远固定位置处的减隔振效果影响不明显,宽度的增加不能很好地降低该区域的振动加速度。     

铁路隔振沟减振的数值分析

通过建立铁路隔振沟对轨道减振分析的力学模型,运用ANSYS大型有限元通用软件对隔振沟深度、隔振沟宽度及隔振沟位置对隔振沟减振效果进行分析。结果表明:隔振沟深度是影响减振效果的主要因素,随着隔振沟深度的增大其减振效果逐渐增强;而隔振沟宽度和隔振沟位置对隔振沟减振效果影响不大;隔振沟对高频振动的减振效果尤为明显。     

空沟对列车运行产生的环境振动隔振效果研究

在分析瑞利波在空沟转角处的反射、透射以及沿空沟传播的基础上,得到瑞利波衰减与空沟参数的关系,进而推导出空沟外侧任意点土体振动响应的计算公式。采用该公式和仿真分析研究空沟对列车引起环境振动的影响。结果表明:随着空沟深度的增加,空沟的隔振效果也越明显;空沟对高频(11~40 Hz)振动的隔振效果较低频(1~10Hz)振动明显;空沟隔振效果与瑞利波波长有关,空沟沟深大于瑞利波长时,隔振效果较好;空沟宽度及空沟距振源的距离对列车产生的环境振动隔振效果均不明显;推导公式计算结果与数值分析结果基本一致,验证了推导公式的正确性。     

高速铁路连续隔振措施减隔振效果试验研究

为了研究连续隔振措施减隔振效果及对不同措施减隔振效果进行比较分析,通过在模型箱内布设不同连续隔振措施,以土体表面加速度作为评价标准,分别研究空沟和橡胶颗粒、沙、碎石填充沟减隔振效果。研究结果表明:土体表面加速度随距离振源增大而减小,较近处衰减比较快,随着频率增加相应位置加速度减小;空沟减隔振效果明显,其深度影响显著,而宽度对其效果影响不大;橡胶颗粒、碎石填充沟减隔振效果不显著;沙子填充沟对波的阻隔效果较强,随着沙密度增加减隔振效果增强;几种隔振措施优劣顺序为空沟、沙填充沟、橡胶颗粒填充沟和碎石填充沟。     

空沟隔振对瑞利波传播影响的理论研究

采用理论分析方法研究土体振动在空沟底部犄角处的变截面反射与透射,以及瑞利波在空沟处的变化规律,得到瑞利波的衰减规律与空沟参数之间的关系,推导出沟外侧任意一点土体振动的计算公式。根据计算公式,对沟外侧不同位置处的土体在有无空沟条件下的振动幅值与频谱进行对比分析。结果表明:空沟深度对瑞利波的隔振效果影响明显,并且随着空沟深度的增加,空沟外侧的土体振动衰减得越多;对空沟而言,越高频率的振动衰减越明显,在同样的隔振效果条件下,随着频率减小,空沟深度应越来越深。     

高速铁路空沟减隔振效果及影响因素数值分析

为了研究高速铁路空沟减隔振措施的减隔振效果及其影响因素,以空沟后侧土体为分析对象,采用数值分析方法找出不同工况条件下空沟后侧土体的振动规律,并引入空沟后侧土体的平均加速度值来评价空沟减隔振效果及其影响因素。研究结果表明:设置空沟减隔振措施可使空沟后侧土体平均加速度值衰减30%~80%;空沟深度对减隔振效果影响显著,但增加至一定深度后,其减隔振效果增强幅度减小;空沟宽度对减隔振效果影响不明显,宽度的增加不能很好的降低空沟后侧土体的平均加速度值,还可能导致平均加速度值的增大;在列车荷载幅值相同的条件下,空沟的减隔振效果随频率的升高而增强,当频率升高至一定程度后,减隔振效果变的平稳。     

列车移动轴荷载作用下的地面振动及隔振研究

基于动力学理论和三维有限单元分析方法,建立列车移动轴荷载作用下的三维地面振动数值分析模型。以3辆编组的列车为例,考虑列车速度的影响,分析了振动在大地中的传播特性和隔振沟的减振效果。结果表明,列车移动轴荷载引起的竖向地面振动比横向振动大,隔振沟能对竖向地面振动起到较好的减振效果。     

高速铁路空沟隔振数值分析

研究目的:随着高速铁路在我国大量建设,其诱发的环境振动问题变得日益突出,空沟因其施工方便且隔振效果相对较好而在实际工程中得到较多应用,本文采用数值分析研究空沟的深度、宽度及荷载的频率对隔振效果的影响.研究结论:使用无限元和黏弹性边界模拟半无限空间能取得较好的计算结果,计算结果表明空沟的深度在1.0～4.0m时对隔振效果影响显著,宽度对隔振效果影响不大,空沟对近场隔振优于远场隔振.幅值一定,高频荷载作用下空沟具有更好的隔振作用,低频荷载作用下较深的沟深才能达到理想的隔振效果.     

双圆地铁运营动力响应及隔振研究

研究目的:地铁列车运营引起的周围环境振动研究是近年来的热点课题,如何在贴近实际工程的情况下准确、快速地对地铁隧道及地基的振动变形作出计算预测是研究的关键所在。为研究双圆地铁运营时的动力响应问题及隔振沟的减振效果,本文基于2. 5维有限元法首次建立双圆地铁列车-轨道-地基土分析模型,分析双圆地铁运行荷载下隧道埋设深度、列车行车速度等重要因素对地基及轨道振动的影响,以及空沟、填充沟及波阻板的隔振效果。研究结论:(1)列车运行速度越大、隧道埋深越浅,地表振动强度越大;(2)在隧道隔振措施方面,空沟前振动存在放大的现象,空沟的隔振作用体现在沟后;填充沟、波阻板整体隔振效果较好,增大填充沟深度、宽度以及波阻板厚度可有效提高减振效果;(3)双圆地铁运营时的动力响应及隔振沟减振研究成果可为今后地铁振动预测及隔振措施设计提供参考。     

铁路路基填充屏障隔振效果的模型试验研究

为了研究铁路路基不同材料填充屏障的隔振效果,通过不同激振频率下的模型试验,分析了无屏障、空沟屏障、沙子填充屏障、碎石填充屏障、橡胶颗粒填充屏障5种填充屏障对土体振动的影响规律。结果表明:空沟屏障隔振效果最佳,沙子填充屏障隔振效果相对较差;在距填充屏障较近位置处,不同填充屏障隔振效果相差较大,随着距离的增加,各填充屏障隔振效果逐渐接近;碎石填充屏障对振动波的反射最为剧烈,为无屏障时的1.62倍;橡胶颗粒填充屏障对振动波能量的吸收效果较好,对振动波的反射较小,为无屏障时的0.74倍。     

浮置板式轨道结构隔振效果仿真研究

建立列车—轨道结构耦合系统有限元模型,将轨道不平顺作为列车—轨道结构耦合系统的激励源,对普通碎石道床轨道结构和浮置板式轨道结构的列车—轨道结构耦合系统动力学性能进行仿真研究,对比分析这2种类型的轨道结构系统振动响应与系统振动传递函数,评价浮置板式轨道结构的隔振效果。分析结果表明,浮置板式轨道结构与普通碎石道床轨道结构相比,振动加速度降低约70%,距线路5 m处大地振动加速度响应峰值降低约62.8%,相应Z振级衰减约10 dB,竖向振动加速度频率范围由0~200 Hz降到0~60 Hz,有效起到了振动隔离效果。     

阻尼车轮减振降噪的试验研究

对国内标准客车车轮外侧表面进行约束型阻尼处理,试制出由基层(KKD型标准客车车轮)、阻尼层和约束层3部分组成的阻尼车轮样品。在实验室实测标准车轮、阻尼车轮的振动传递函数和噪声级,分析阻尼车轮的减振降噪效果。试验结果表明:阻尼车轮具有良好的减振降噪效果,在1 200~5 000 Hz频段内,阻尼车轮较标准车轮的振动传递函数幅值有较大幅度下降,沿车轮结构传递的振动减小;在径向和轴向激励条件下,总噪声级降低达10 dB以上。该阻尼车轮在制作上工艺简单,无须对结构进行改造,具有良好的应用前景。     

轨道交通振动对建筑物影响程度的预测方法

既有的现场实测与数值模拟相结合预测方法,采用振动响应传递比描述室内外两点之间的振动变换,实现在不同频段上定量预测轨道交通振动对建筑物内人和精密仪器的影响。为将该方法用于预测建筑结构的振动响应,需要将1/3倍频程指标转化为速度峰值指标。指标转换方法是:利用能量守恒原理将1/3倍频程频域内的速度有效值转化为时域内的速度有效值;采用峰值因数将速度有效值转化为速度峰值,并建议在预测对普通建筑物、重点文物建筑的影响时峰值因数分别取4和5,在现场实测峰值因数样本大于9时,给出的指标转换方法不再适用。分析指标转换时的误差水平和使用条件可知,采用的指标转换方法是可行的。     

基于脉冲试验的地铁环境振动响应传递函数预测方法研究

地铁运营引起的建筑物内振动,若对其不加防护,将影响人们的生活和工作,干扰精密仪器的正常运行,造成古建筑物的损伤;准确地预测地铁运营引起的环境振动,是解决这一问题的关键.因此,依托国家自然科学基金资助项目(51008017,50848046,50538010),采用理论分析、实验室试验、有限元仿真和现场测试相结合的方法,研究地铁运营引起的振动传递问题,并提出基于脉冲传递函数法的地铁运营引起建筑物内振动预测方法.论文主要研究内容和成果如下.     

近距离爆破对既有隧道的振动影响

根据实测资料,运用统计回归方法,进行近距离爆破对隧道周边振动场分布影响的分析,得出结论:最大振动速度出现在隧道迎爆侧的墙壁和拱部,墙脚点振动速度较小,背爆侧振动相对较轻;爆源越近,迎爆侧与背爆侧振动反差越大。比例距离越大,隧道周边的振动峰值速度分布越趋于均匀;爆破夹制作用越大,邻近隧道产生的爆破振动越大;岩体越坚硬完整,振动峰值衰减越慢。提出增加起爆段别,减小单段爆炸药量,增加空孔,改善临空面,减小夹制作用等降低爆破振动的措施。     

解析铁道行业标准《铁路环境振动测量》

TB/T3152-2007《铁路环境振动测量》,以GB／T10071-1988《城市区域环境振动测量方法》作为主要依据,针对GB/T10071-1988中有关铁路环境振动测量方法中不明确的地方,如铁路环境振动的定义、标准的适用范围、测点的布设以及铁路环境振动的测量方法等,适当作了补充性规定,以满足实际测量工作的需要。     

桥上无砟轨道橡胶减振垫减振性能试验研究

以成都—都江堰高速铁路工程为背景,通过现场测试试验,研究桥上无砟轨道铺设橡胶减振垫的减振效果.结果表明:铺设橡胶减振垫后,减振垫上钢轨和轨道板的振动略有放大,但影响甚微,而减振垫下底座板、桥梁及地面的振动显著降低,其中底座板的最大振动加速度降低了85％左右;时域内,在距线路中心线0,15和30 m处地面的最大竖向加速度振级均降低了9.5dB左右;频域内,在0～6.3 Hz频段内,橡胶减振垫的减振效果不明显;在8～20 Hz频段内,由于与轨道—桥梁—大地系统本身的自振频率重合,反而放大了地面的振动;在25～100 Hz频段内,减振作用明显,且距线路中心线越远,减振效果越显著,但距线路中心线不同距离处对应最大减振作用的频段和插入损失值不同,0m处最大减振作用出现在31.5 Hz频段,插入损失值为7.8 dB,15和30 m处最大减振作用均出现在40 Hz频段,插入损失值分别为13.6和16.4 dB.可见,橡胶减振垫能够对25 Hz以上频段的振动起减振作用.     

钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递影响实测分析

根据某地铁曲线地段现场实测数据，对钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递的影响进行分析。结果表明：作为特殊减振轨道结构，钢弹簧浮置板能有效地衰减道床面与隧道壁之间的振动传递，正常工作时加速度级最大衰减量（传递损失）高达44.3 dB；浸水后，在10~200 Hz频段，随着浸水量增加，道床面的加速度级在逐渐减小，隧道壁的加速度级在逐渐增大，道床传递至隧道壁的传递损失值逐渐减小，单侧浸水测试断面传递损失值减小至25~35 dB，两侧浸水测试断面传递损失值则降至10~25 dB；正常浮置板、单侧浸水及两侧浸水测试断面道床面至隧道壁的垂向传递函数值基本范围分别为0~0.01、0.01~0.05和0.04~0.3，依次呈增大趋势。这说明：作为振动传导体，水对10~200Hz频段的振动传递影响显著。     

地铁减振板式轨道动力测试与减振特性研究

地铁减振板式轨道作为一种新型轨道结构,具有质量高、施工快、维修少等特点,在地铁线路中逐渐得到推广应用。为揭示地铁板式轨道减振效果,选取天津地铁5号线板式轨道、现浇整体道床断面,采用现场试验和数值模拟方法,对其动力学行为和减振特性进行研究。结果表明:与现浇整体道床相比,地铁板式轨道降低了轮轨横、垂向力和安全性指标,有利于行车安全;由于板式轨道整体刚度较低,钢轨垂向位移略有增加;板式轨道与整体道床结构振动由上至下依次减小,且板式轨道减小幅度更为显著;与现浇整体道床相比,除轨道板振动加速度增大外,其余结构加速度均一定程度减小;板式轨道隧道壁处时域上减振明显,频域上全频段减振,最高减振达16.92 dB。     

运用振型评定既有钢筋混凝土桥梁承载能力

本文提出运用过路车来测出既有钢筋混凝土桥梁动态参数，利用所得振型评定桥梁承载能力。该方法可以实现在线评定，简便易行且有很好的精度，利用该方法评定桥梁可以节约大量经费，为既有桥梁的加固提供可靠数据。