地铁运行振动诱发地层和地表动力响应分析

采用FLAC3D三维弹塑性动力有限差分模型,综合考虑地层和地表受振相互效应现象,对广州地铁某区间隧道运行列车振动诱发的地层和地表动力响应进行了分析。结果表明,在地铁运行振动作用下,地层的位移响应和速度响应向下和两侧衰减较快,但向上衰减较慢,对地表产生了较大范围的影响;地表振动加速度在隧道正上方强度最大,往两侧逐渐减弱,而在离开隧道轴线一定距离部位出现了一加强区。计算结果与现场实测数据吻合良好。     

不同土质地段地铁列车振动加速度响应分析

为了比较地铁在不同土质地段运行时对周围环境的影响,选取了4种不同的隧道介质环境(软土、砂土、碎石土和硬质岩石),通过地铁列车-整体式道床耦合动力学模型计算得到轮轨相互作用力,并将其作为外部激励施加到轨道-隧道-土体有限元模型中进行动力学计算,从而分析轨道结构和土体的动力响应﹒研究结果表明：随着地铁隧道介质弹性模量和密度的增大,道床和隧道壁的位移和加速度均逐渐减小;沿隧道顶部垂直至地表面方向,距隧道中心3.35～10 m的位置,软土、砂土、碎石土和硬质岩石地段对应的振动加速度依次减小了79.2%、71.85%、62.98%和26.64%;沿隧道中心线正上方地面位置的横向方向,距隧道中心12.5～26m的位置,软土、砂土、碎石土和硬质岩石的振动加速度依次减小了68.14%、62.96%、49.06%和46.49%;对于不同的隧道介质环境,道床和隧道壁的振动加速度主频均主要集中在40～80 Hz﹒     

地铁列车运行诱发临近低层建筑振动响应分析

地铁曲线段轨道扭转效应加剧列车运行所诱发的环境振动响应.基于曲线段轮轨法向力与蠕滑力模型,计算得到B型车通过350 m小曲率半径线路时的动态轮轨力.以苏州轨道交通2号线某曲线区间段为例,建立隧道-土层-建筑物二维有限元模型,对地铁列车运行时紧邻地铁线路一座低层建筑的振动响应进行分析.共采取定员与超员条件下近侧列车通行、远侧列车通行以及两车会车等6种计算工况.结果表明:曲线段地铁列车运行诱发该建筑物产生垂直与水平向振动;超员会车最不利工况下,比较各楼层垂向分频振级与标准限值发现,在频率7.8 Hz各楼层分频振级均超过标准限值;该建筑物垂向振级随楼层升高基本保持不变,水平振级随楼层升高近似线性增大.     

地铁引起环境振动的振源加速度

分析计算了列车运行引起环境振动的振源,即轨道作用于道床的振动加速度机制.建立了轮-轨-道床计算分析模型,将钢轨视为Winkler地基上无限长梁,建立并求解该梁的动力方程,得到列车移动静力产生的轨道振动加速度;根据Hertz接触理论,求得轮轨动接触力,利用Green函数模拟轨道因轨道不平顺和轮轨动接触力作用产生的变形,进而求得轨道不平顺和轮轨动接触力引起的轨道振动加速度;叠加上述两种加速度,即得列车引起环境振动的振源振动加速度;最后将理论计算结果和实测结果进行比较,吻合较好.     

地铁引起地面振动信号的谱分析

应用正交Hilbert—Huang变换,对地铁引起的地面振动信号进行频谱分析．首先,利用正交的经验模式分解方法,得到地铁引起地面振动信号的相互间完全正交的固有模式分量,对各阶固有模式分量进行Hilbert谱分析,进而得到Hilbert边际谱．然后,通过对地面振动信号的Hilbert边际谱进行分析,获得其频谱特性．将地铁引起地面振动信号的Hilbert边际谱和Fourier谱进行比较,指出两种谱分析方法分析地铁引起地面振动信号频谱特性的差异．最后根据Hilbert变换的线性性质,得到消除背景振动、纯粹由地铁运行引起地面振动的频谱特性．     

环境振动作用下修复后南京鼓楼的动力响应现场实测

为探究环境振动作用下古建筑的动力响应水平,对修复后的南京鼓楼进行现场实测,通过对实测数据进行时域和频域分析,研究交通振动作用下鼓楼的动力响应特性。结果表明：现场实测未发现鼓楼出现振动超限现象,地铁通过时主要引起的是竖向振动,但交通振动作用引起鼓楼结构的水平向振动比竖向振动更为突出;鼓楼受交通振动影响的主要频率范围为10～50 Hz,但振动能量在古建筑中的衰减规律因材料而异,对于古砖砌体结构,超过40 Hz的交通振动对其影响较小,对于古木结构,超过160 Hz的交通振动对其影响较小;在鼓楼碑楼一层顶区域内,在50～512 Hz的高频段内存在一个竖向振动放大区,并在20～160 Hz的高频段内存在一个水平振动放大区。     

地铁运行振动规律及减振措施

通过对轨道和车辆结构的分析,对引起地铁运行振动的原因和振动的传播规律进行了系统地研究.在此基础上重点从振源、受振建筑物和振动传播途径3个方面提出了切实可行的减振避振措施.提出降低车辆簧下质量、采用非摩擦式制动的径向转向架、铺设重型无缝钢轨对降低轮轨间垂向力具有重要作用;铺设浮置板轨道、使用轨道弹性扣件、构筑隔振沟可以控制乃至阻断振动的传播途径;对地铁线路附近的建筑物需要进行减振隔振处理.     

高速列车引起偏心结构平扭耦联振动响应分析

运用有限元分析软件ANSYS建立轨道-地基-基础-偏心结构相互作用体系三维数值分析模型,分析在不同结构平扭比和不同列车运行速度情况下单层偏心结构的平扭耦联振动响应特性。分析结果表明:结构的平扭比对结构平扭耦联振动影响显著,随着平扭比的增大,平扭耦联振动响应有逐渐减小的趋势,而平扭比取值在1.0左右时,平扭耦联振动最为明显;车速对结构平扭耦联振动也有一定的影响,同一平扭比不同列车运行速度情况下,车速越大,振动越明显。     

阻尼对地铁引起地面振动计算的影响

地铁振动的频率多为中高频,且分布范围广,土体特性更是异常复杂。因此,地铁引起土体振动时,将产生复杂的拍现象,根据地铁引起土体振动频率的特性,提出确定阻尼比控制频率的合理个数和大小,从而使振动在其整个频率分布范围内的阻尼比与事先确定的控制阻尼比之差满足要求,进而建立Caughey阻尼模型;利用Caughey阻尼模型,通过有限元方法计算地铁引起土体的振动响应,并与按Rayleigh阻尼模型的计算结果进行比较,从而考察阻尼对地铁引起地面振动计算结果的影响。     

减振钢弹簧浮置板道床在南京地铁鼓楼医院段的应用

本文介绍了南京地铁鼓楼医院段特殊的减振要求,从减振方案比选、隔振原理及技术特点和施工工艺等方面阐述了钢弹簧浮置板道床的具体应用。     

汽车冲击荷载作用下桥墩动力响应分析

为了研究钢筋混凝土桥墩的抗冲击性能,在已有试验的基础上,建立了与试验结果吻合良好的数值模型,验证了钢筋混凝土模型的合理性,并且建立了三维多跨钢筋混凝土桥梁与汽车的撞击模型.通过对不同混凝土强度的桥墩进行撞击分析,研究了冲击力时程曲线、桥墩变形、弯矩响应、剪力响应、轴力响应和桥墩振动周期与阻尼比.结果表明:提高混凝土强度不能显著提高桥墩的抗冲击能力,但可以降低桥墩的损伤;提高混凝土强度能够降低桥墩的峰值位移;提高混凝土强度能够降低桥墩的震动周期.     

地铁列车荷载计算方法对盾构隧道动力响应的影响

采用地铁列车移动轮载、激振力函数法和数定分析法计算得到上海地铁列车荷载时程,考虑管片-土体及管片间的接触特性和纵向螺栓的连接作用,建立道床-管片-土体系统的三维动力有限元模型,分析比较了3种计算方法所得隧道结构动力响应的差异.研究表明:3种方法所得道床和土体单元动应力以及道床点位移时程曲线基本一致;基于实测数据的数定分析法适用于地铁列车荷载引起的环境振动评价,移动轮载和激振力函数法均会导致加速度频谱分布产生误差.     

多层板架结构在2次攻击下的动态响应分析

为研究多次爆炸作用下舰船舷侧多层防护结构的破坏变形情况,借助于大型有限元分析软件AN-SYS/LS-DYNA对该结构在2发武器攻击下的动态响应进行模拟,分别分析了炸药相对加强筋位置不同的3种模型,在武器同时攻击和先后攻击下的破坏情况,描述了钢板的破口大小、最大位移、有效应力以及塑性区的范围等动态参数。对2种攻击情况进行了分析比较,结果表明,破损结构在遭受第2发武器攻击时产生的破坏更大,因此,2发武器先后攻击更为理想。     

列车-轨道耦合系统随机不平顺动力响应分析

对在我国高速铁路上应用较广泛的CRH3型列车和CRTSⅡ型无砟轨道进行了精确的动力学分析.首先,对列车的车体、转向架、轮对3个主要部分进行重点分析,建立列车动力学模型;然后,以CRTSⅡ作为轨道研究对象,建立轨道动力学模型;之后,运用改进的动力分析数值积分求解算法,快速精确地获得了列车-轨道耦合振动输出;同时,将被忽略的轮轨接触点的精确定位,及轨道的衰减振动引入到列车-轨道耦合模型中,模型获得了与实际值接近的模拟结果.     

极端风暴载荷下导管架平台的动力响应分析

为评估导管架平台在极端风暴工况下的整体安全性能,基于ABAQUS有限元软件建立导管架平台的有限元模型,在极端平均风工况下对平台进行了静力分析,在极端脉动风工况下对平台进行了动力分析,重点探讨了平台在三种极端风暴工况下的应力、位移、速度及加速度响应。结果表明：平台的应力集中容易发生在桩腿桩基处,平台在极端风暴工况下的位移及应力响应均满足设计需求;平台强轴的固有频率大于弱轴的固有频率,自振周期远小于波浪周期,不会发生波激共振;平台在极端风暴工况下的位移及加速度响应极值可为结构振动监测系统的预警阈值设定提供参考。     

全行驶状态下虚拟轨道列车的动载及道路友好特性

为分析虚拟轨道列车在站间全行驶状态下（牵引、匀速、制动）的动载特性和道路友好性,基于车辆动力学、轮胎动力学、非线性动力学等理论,构建了随机路面激励下的虚拟轨道列车动力学模型,该模型考虑了车辆之间的耦合作用和轮胎-路面的相互作用,并对该动力学模型进行了验证。通过理论分析和数值计算,对虚拟轨道列车在站间全行驶状态下的动载特性和道路友好性进行了探究,同时分析了运行速度、路面等级和加/减速度的影响。结果表明：全行驶状态下的各轮纵向力趋于稳定值,牵引和制动状态下大小相等,方向相反,匀速状态下趋于零。牵引状态下车辆1前轴垂向动载荷均方根值最大,而制动状态下车辆3后轴最大。相较于牵引和制动状态,匀速状态下的道路友好性更优。垂向动载荷均方根值和道路友好性均与运行速度、加/减速度均呈正相关,与路面等级呈负相关。研究内容能够为虚拟轨道列车的运行模式提供建议以提高运行效率,同时,能够为沥青路面的选型提供指导以减缓道路损坏。     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

机器激励下考虑填充墙影响的结构动力响应分析

为了研究在机器激励下填充墙对结构动力响应的影响,根据现场实测结果,从时域上利用Newmak法对该结构进行动力时程分析;基于实测数据的功率谱,拟合出Kanai-Tajimi模型的参数,利用SAP2000的PSD分析模块对结构进行随机振动分析,与未考虑填充墙影响时结构的动力响应进行分析比较.研究结果表明:考虑填充墙影响后,结构的自振频率增大,与实测结构频率及机器工作频率更接近;考虑填充墙影响后,结构的加速度、速度以及内力响应均增大,位移响应因结构的共振效应也增大.     

远场地震动作用下地铁车站结构动力响应分析

基于ABAQUS有限元软件,针对深软场地条件,建立了土-结构动力相互作用模型。利用Python二次开发程序实现了黏弹性边界的自动施加。考虑远场大震波及人工波的不同频谱特性,对典型两层三跨地铁车站结构动力响应进行了研究。结果表明:车站结构动力响应受输入地震动的峰值加速度及频谱特性影响明显,结构在不同地震波作用下关键部位的内力及位移变化趋势一致。大震远场波作用下和人工波作用下的车站相对位移曲线形状有差异。对于典型的框架式地下车站而言,中柱的内力反应最大,为最不利受力构件,设计时应重点考虑。深软场地对地震波具有低频放大、高频滤波的效果,远场大震波中的低频含量丰富;与人工波作用相比,车站关键位置地震动峰值加速度(PGA)增大明显。     

火灾下钢框架抗连续倒塌动力响应分析

为研究钢框架结构在火灾作用下的抗连续倒塌动力响应。通过ABAQUS有限元软件分别对二层四跨平面钢框架瞬间去柱动力试验以及平面钢框架火灾试验进行数值模拟。将数值模拟获取的竖向位移-时程曲线和破坏模态与试验结果对比,验证了有限元模型的准确性,获取的位移-温度曲线也验证了顺序热力耦合方法的适用性。在验证有限元模型有效性的基础上,进一步研究瞬间去柱的钢框架结构在不同受火温度下的抗连续倒塌动力响应。研究表明：不同节点的连接形式对钢框架进行瞬间去柱时,钢框架的破坏模态与结构的稳定性影响显著,当火灾高温下钢框架采用加强型节点时,框架柱更容易发生过度屈曲,从而更容易引发连续倒塌;温度越高,钢框架去柱后中柱节点的峰值位移值和稳定后的竖向位移值均有明显提升,结构动力响应越明显,结构抗连续性倒塌能力也越小。