地铁列车速度对含加固区地层振动特性的影响

利用有限元方法对列车移动荷载作用下运营隧道-加固区-地层的系统动力响应展开研究,并分析了不同列车运行速度对结构-地层系统各部分加速度、动应力和动位移的影响规律。结果表明：因加固区刚度相对衬砌极小且有一定的厚度,加速度在加固区中得以显著衰减,动力传递介质的突变使应力在衬砌与加固区交界处骤降,位移的减弱主要发生在受列车荷载影响较小的深厚地层;当列车运行速度提高时,动荷载幅值增大,相应加速度峰值单调增大;位移同样随列车速度的增大而呈不同程度地提高;由于与列车静荷载相比,动荷载幅值的变化极小,故列车运行速度的改变对应力峰值的影响较小。     

地裂缝场地下地铁振动荷载传播特性试验研究

为了研究地裂缝场地下地铁列车振动荷载在围岩土体中的传播规律及其对隧道结构的影响,以西安地铁为工程背景,采用1∶20的几何相似比,开展了地铁隧道与地裂缝30°斜交的围岩动力响应物理模型试验,测试分析了在不同频率和不同振源位置下,围岩加速度及隧道应变的变化规律.结果表明:地铁列车振动荷载的频率为20 Hz时,围岩的振动响应最为明显;当振动频率大于40 Hz时,随着频率的增加,围岩振动响应变化不明显.地裂缝对列车振动荷载的传播有一定的影响,当振动位于上盘时,随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,在地裂缝处衰减更明显;当振动位于下盘时,同样随着距离地裂缝越近,振动逐渐减小,但穿越地裂缝进入上盘后,振动几乎没有衰减,即上盘对振动有一定的放大作用.研究结果可为研究地铁运营安全及地面建筑的防振减振控制提供参考.     

含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应的数值模拟研究

在已完成的振动台模型试验基础上,进一步采用数值模拟方法定量研究含软弱夹层锚框支护边坡的地震动态响应规律.坡面与坡内各测点处的水平加速度峰值(PHA)放大系数均随高程增加而非线性增大,表现出明显的鞭梢效应;但软弱夹层的存在改变了其附近测点高程效应表现形式,并在大振幅工况下表现出明显的隔震效应.小振幅工况下,各测点处的正负向水平土压力峰值(PEP)震荡系数都大致相等;随着地震动幅值增大,最小动土压力逐渐趋于为零(几乎脱空);而最大动土压力可高达静止土压力的4～7倍.高频成分丰富的WC波,其卓越频率与边坡自振频率较接近,故其引起加速度与土压力动态响应,均明显大于其他类型地震波.以上数值模拟所反映的含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应规律,与振动台模型试验结果大致吻合.但从量值上看,数值模拟中PHA放大系数(坡顶部位)和PEP震荡系数(正向)均明显大于模型试验结果,认为模型试验中相似材料超强设计、测点布设过少等缺点,应在进一步研究中予以克服.     

环境激励下人行桥振动时频分析

为研究人行桥在不同环境激励下的振动响应规律,采用Hilbert-Huang变换对某人行桥在噪声激励、车辆荷载、行人荷载以及车辆-行人荷载耦合激励条件下的加速度响应进行分析。结果表明：噪声激励、车辆荷载、人行荷载、车辆-行人耦合激励条件下人行桥的加速度响应幅值逐渐增大,脉冲指标呈逐渐增加的趋势,功率谱幅值不断向高频段偏移。四种激励下,人行桥的加速度响应经过EMD分解后的前五阶IMF的方差贡献率及相关系数较大,且瞬时振幅和瞬时频率呈减小趋势;其能量分布随加速度幅值的增大逐渐增大,车辆荷载作用下其能量熵值最小,能量分布相对均匀。Hilbert-Huang变换对处理复杂环境激励下的桥梁振动响应具有较好的识别效果,本文的分析过程可为同类振动信号处理所借鉴。     

多层冷弯薄壁型钢结构房屋风致响应试验

多层冷弯薄壁型钢结构房屋属于风敏感结构,为研究基本风压及风向角等因素对该结构房屋风致响应的影响,对某4层房屋缩尺气弹性模型进行了风洞试验。结果表明：随风向角增加,顶层侧移先增大后减小,风向角为90°时又增大,且为横风向振动所致,但仅当风压达到1.18 kN/m²后顶层侧移才超限,在风向角为45°时各层层间侧移均超限;随风向角增加,加速度先减小后增大,在0°和90°时来流引起的横风向振动对加速度影响明显,当基本风压大于0.6 kN/m²时,建议采用增加阻尼等措施减小加速度过大带来的振动问题;随偏角增加加速度呈非线性变化,功率谱中高阶振型贡献明显,在风致加速度响应计算中应对高阶振动给予更多考虑,且自振频率应避开加速度峰值段的频率。     

冲击荷载作用下机场刚性道面动力响应与影响因素分析

机场刚性道面受飞机着陆冲击荷载的影响较大。为研究机场刚性道面在飞机着陆瞬态冲击荷载作用下的动力响应,基于主起落架单自由度振动系统,用半波正弦曲线模拟冲击荷载,采用有限元分析的方法研究了B737-800机型在粗暴着陆条件下机场道面的动力响应,并分析了道面板在不同冲击速度及不同道面结构参数下动力响应变化规律。结果表明:单自由度振动系统能很好的表征垂直速度与法向加速度的关系;道面板产生最大应力的临界荷位处于板纵缝中部;冲击荷载作用时间内道面弯沉影响深度持续增加,绝大部分由土基承担;循环冲击作用下,板底弯沉随冲击荷载作用次数的增加而增加,作用100次后增幅明显减小;板底弯沉与板底峰值应力均随垂直速度的增加而增加,相比面层模量,面层厚度对板底弯沉的影响显著,板底峰值应力随面层模量的增大而增大,但随面层厚度的增加呈先减小后增大趋势。     

基于过渡过程信号的振动机机体结构裂纹故障检测

目的 研究含裂纹的振动机机体结构在启动这一短时过渡过程中各个动力学响应随裂纹程度变化的趋势,为振动机机体结构的裂纹故障早期诊断研究提供理论参考。方法 将复杂的非线性振动结构问题通过等效建立模型、动力学分析求解、时频域信号分析相结合进行研究,模拟不同的启动初始输入运动信号、不同裂纹位置的情况;编制龙格-库塔VB程序并模拟不同裂纹大小程度来求解该动力学模型,得出位移、速度、加速度等响应的时域图与频域图,并进行对比分析。结果 在时域内过渡过程振动响应的周期与振幅会随裂纹程度增大而增大,在频域内振动响应会随裂纹程度增大而出现“频幅增大”、“频率成分新增”、“移频”的变化规律。结论 通过多角度对比证明,可以将各响应在时域与频域的变化作为故障诊断的判别依据,判断是否含有机体裂纹故障及故障的程度。     

列车作用下青藏铁路路基动力响应试验

目的分析研究多年冻土区青藏铁路在列车动荷载作用下路基的稳定性及振动衰减规律.方法选取青藏铁路北麓河段三个典型试验断面,在春季进行了列车荷载作用下的路基动力响应现场试验,采集路基、边坡、道床3处振动数据,统计计算了青藏铁路客车与货车行驶时路基振动的最大和平均加速度幅值,对实测数据进行了功率谱分析.结果路基上货运和客运列车的竖向最大加速度分别为2.213 2 m/s2和2.000 4 m/s2,对应的平均加速度分别为0.149 5 m/s2和0.114 3 m/s2,道床上的振动明显减小.在T28次客运列车的作用下,对于断面Ⅲ,C3测点在振动频率为25 Hz、38 Hz、46 Hz,55 Hz出现峰值,能量集中在18~53 Hz.边坡C4测点振动能量集中在20~65 Hz,C5测点的优势频段为20~80 Hz.结论路基上货运列车的振动比客运列车振动大,同一断面竖向衰减速度大于横向,素土路基各方向衰减小于块石路基,下一测点加速度峰值大致减小为相邻上一测点的1/10.     

地震荷载和列车荷载共同作用下弹性均质路基的动力响应

为了研究地震发生时列车移动荷载引起的弹性均质路基的振动响应规律,采用ABAQUS软件并与FORTRAN相结合建立轨道结构-路基-地基三维数值计算模型,通过编制DLOAD子程序模拟列车移动荷载,在模型底部输入地震加速度模拟地震荷载,采用三维黏弹性人工边界模拟波从有限域向无限域传播,忽略轮轨接触及轨道不平顺的影响,通过对比分析的方法,总结地震荷载和列车移动荷载共同作用下路基在不同列车速度及轴重条件下的应力、位移和加速度的振动特征。研究结果表明:地震荷载对路基的位移振幅起主导作用,列车移动荷载对路基的应力和加速度起主导作用;路基各结构层的位移随列车轴重的增加而减小,随车速增加表现为先减小后增大;路基各结构层加速度随着列车轴重的增加而增加,随车速增加表现为先减小后增大又减小的趋势;推测车速70 m/s为列车影响的临界速度。     

提速条件下重载铁路小半径曲线32m简支T梁动力性能试验研究

通过对不同轴重、不同速度情况下朔黄铁路芦沟特大桥32m跨度简支T梁进行运营性能试验,测试桥梁结构动力响应,研究提速状态下桥梁结构的动力响应规律。研究结果表明:在30～70km/h时速重载列车作用下,32m简支T梁的横向自振频率、跨中横向振幅、横向加速度、动力系数以及墩顶横向振幅和桥墩横向自振频率均符合《铁路桥梁检定规范》相关要求;随着列车速度提高,桥跨结构横向振动和竖向振动明显增大,墩顶横向振动也有逐渐增大趋势;随列车轴重增加,桥跨结构跨中动挠度逐渐增大,而其他动力性能参数变化规律不明显。     

交通荷载作用下低路堤动力特性试验研究

结合连盐高速低路堤,对路堤进行了动应力、振动响应等现场测试,分析了路基中附加动应力及振动位移的变化规律.并且通过应力控制的室内动三轴试验,采用一定的动应力频率、不同的循环应力比来模拟交通荷载,研究了在循环荷载作用下,连盐高速公路饱和软粘土的轴向累计应变、孔隙水压力和轴向周期应变软化的变化规律.实验结果表明:路堤中动应力和振动位移随行车速度和车重的增加而增加,随深度的增加而降低,有效影响深度达2.5 m;原状土的临界循环应力比远大于重塑土,承受循环应力能力高于重塑土.因此,要加强浅层路基强度,同时要减少对底部下卧层软粘土的扰动.其结果可为在软土地基上设计和施工低路堤高速公路提供有益的参考.     

工程振动信号微积分敏感性及其应用研究

工程施工监测中常常需要监测振动速度信号或振动加速度信号,振动速度信号和振动加速度信号的频谱特性差别很大,进而影响后续分析.本文采用傅立叶变换的时域微积分性来分析工程振动信号频谱的微积分敏感性,并通过拉普拉斯变换求取结构振动傅立叶谱,自功率谱,频响函数,并分析它们微积分敏感性.通过频响函数分析了其微分敏感性的物理意义.通过对背景工程中高层建筑实测自然激励的振动信号,验证了频谱微积分敏感性,并分析了频谱微积分敏感性对于振动信号分析的影响.研究结果表明：工程振动信号在数学上由于傅立叶变换的时域微积分性质,使得傅立叶谱峰值的频率分布具有微积分敏感性,随着振动信号微分阶次的升高,高频成分逐渐升高,低频成分逐渐降低;由不同信号的频响函数表达式,对结构动刚度、阻抗、动质量的频率分布规律进行了阐述;不同监测信号对于高、低频成分的识别精度不同,对于结构物高、阶模态的识别精度亦不同,对于高阶的频率成分的识别建议进行振动加速度信号监测,对于低阶频率的识别建议采用振动速度信号监测.     

轨道交通隧道基底刚度对共建结构的振动影响分析

为了探明建筑物与轨道交通隧道共建时隧道基底刚度对系统振动的影响,建立列车-轨道-隧道-土层-建筑物系统耦合振动模型,列车-轨道动力学模型和隧道-土层-建筑物有限元模型通过扣件力进行参数传递,对隧道基底土层加固为不同刚度时隧道结构以及建筑物结构振动位移、速度、加速度响应进行了时程分析、频谱分析和振级分析等.结果表明:隧道基底刚度越大,其下沉位移越小,隧道结构振动速度突变越大且振动速度的周期性越不明显,但振动位移的振幅变化与隧道基底刚度没有严格的相关性;隧道基底刚度对隧道振动加速度影响的主要频率为1~5Hz的低频部分;隧道基底刚度对于建筑物结构振动有较大影响,主要集中于低频范围,影响幅度可达10dB.     

有机质含量对滇池重塑泥炭质土动强度特性的影响

为了研究滇池泥炭质土中有机质成分对于土体动强度特性的影响,对不同有机质含量的饱和重塑泥炭质土进行室内动三轴试验,研究了不同有机质含量、固结压力、振动频率对重塑泥炭质土的动强度曲线的影响,分析了不同有机质含量、振动频率及循环振次控制条件下重塑泥炭质土的动强度指标的变化规律。得出结论如下：重塑泥炭质土的动剪应力在其他条件相同时,均随着固结压力、振动频率和有机质含量的增加而增大。其中有机质含量对重塑饱和泥炭质土的动强度影响最大,土体动强度指标随有机质含量增加呈明显正相关性。重塑饱和泥炭质土动强度受荷载振动频率的影响较小,动强度指标总体上随振动频率的增大有小幅提升。循环振次则对重塑饱和泥炭质土动强度呈负相关影响。     

起升动载激励下岸桥起升传动系统动态特性

为研究岸桥起升传动系统在起升复杂工况下的动态特性,建立了起升机构的动力学模型,模拟了传动系统所受的起升动载.考虑传动系统中齿轮副的时变啮合刚度和支撑刚度,建立了起升传动系统平移-扭转耦合的动力学模型,得到了电机从启动到匀速最后减速到停止的起升过程中传动系统各构件的振动响应,并对不同阶段的啮合力进行了频域分析.研究表明,传动系统各构件的扭转振动与起升动载有相同的变化趋势,且由于起升速度的变化,加速和减速阶段的啮合力频谱出现了边频带现象.     

Vibration Analysis of a Simply Supported Beam Traversed by Uniform Distributed Moving Load

Considering the engineering background of some transportation system like maglev, vertical vibration of the simply supported beam is investigated. The length of the vehicle is assumed to be longer than the beam span. The model of moving distributed load with constant speed is established .The beam can be taken as Euler-Bernoulli beam model and the right side of the control equation is simplified by using a moving status function. Duhamel integral and mode superposition method is used to solve the dynamic behavior of the beam. In this aspect deflection and acceleration are included. The results of different parameters such as the span of beam, velocity of load and ratio vehicle-Beam masses are compared. All results show that the dynamic response of the beam is tied up with these factors: the frequency of the beam, the moving frequency of the load and the ratio of vehicle-beam mass.     

地震动反应谱对土石坝二维地震反应的影响

针对目前土石坝抗震计算中对频谱特性考虑的不足,分析了输入地震动加速度反应谱、速度反应谱、位移反应谱对土石坝地震反应的影响.研究结果表明,如果加速度反应谱卓越周期与土石坝的自振周期相近,土石坝地震反应则相应出现最大值,但不能从结果中简单得出周期的长短对坝体反应的影响;仅靠加速度谱的卓越周期不能完全反应地震动的频域特性.     

循环荷载作用下NaCl溶液对黏土动力特性影响及微观机理分析

针对黏土易与水结合,孔隙溶液环境变化对黏土动力特性有较大影响的问题,使用GDS真/动三轴仪对黏土试样进行模拟交通循环荷载下的分级加载试验,研究不同浓度NaCl孔隙溶液、振动频率对土体应力-应变关系和动弹性模量的影响,分析骨干曲线及弹性模量的发展规律,并结合电镜扫描,分析NaCl溶液浓度和振动频率改变前后试样的孔隙分布规律,得到微观孔径与动力特性的关系。结果表明,随着NaCl溶液浓度和振动频率的升高,应力-应变曲线和动弹性模量曲线呈上移趋势;阻尼比-动应变曲线随振动频率的增加而上升,随NaCl溶液浓度的增加而下降;NaCl溶液浓度升高,水化反应产生的胶体增多,微填充作用可有效减少小孔隙,振动频率增加则使得片状颗粒间距被压缩,层状结构减少,土体更加密实,有效减少大孔隙。研究得出的含NaCl溶液黏土受孔隙溶液浓度与振动频率变化的影响规律,可为研究其他环境下黏土的强度变化提供参考。