高速铁路空沟隔振措施隔振效果的有限元分析

高速铁路引起的振动对周边环境的影响是不容忽视的,需要采取相应的工程对策来减小其危害。采用空沟隔振施工方便,隔振效果能得到保证,故在实际工程中得到广泛应用。本文使用大型通用有限元软件ABAQUS对空沟隔振的效果进行数值分析。计算模型采用无限元和黏弹性边界吸收振动波,减小边界反射波对计算结果的影响;文中引入参数ARF来评价空沟的隔振效果,在此基础上分析不同的空沟尺寸及不同的荷载频率对隔振效果的影响,可供设计者参考。     

高速铁路运行引发场地振动的空沟隔振分析

为研究高速列车作用下,层状地基中空沟对场地振动的隔振效果,基于车辆-轨道耦合动力学理论及有限元法,对建立完善高速车辆-无砟轨道-地基耦合系统动力学模型进行仿真计算,分析设置空沟对场地振动的影响,并探讨了空沟的深度、位置、宽度以及列车速度的影响。结果表明：设置空沟加强了沟前场地的振动,但可使空沟后方地基的竖向和水平振动水平大幅减小,但在特定位置存在振动放大区,引起隔振效果减弱;过浅或过深的空沟均不能达到最优隔振效果;对于在线路旁需要特殊隔振的场地,存在一个适用于其本身的空沟最佳位置;空沟的宽度对隔振效果无明显影响;空沟对更高速度运行列车引起场地竖向和横向振动的隔振效果更明显。     

土体参数对空沟隔振效果的影响研究

为分析均质地基中各参数变化对土体振动响应和空沟隔振效果的影响,通过有限元软件建立二维均质地基计算模型,分析空沟尺寸、激振频率等对土体的影响,研究了不同土体弹性模量、密度及泊松比下的振动加速度差异。结果表明,空沟深度为重要影响因素,空沟深度越深,隔振效果越好;空沟宽度对隔振效果几乎无影响;弹性模量对空沟隔振效果的影响较密度大,且弹性模量越大,隔振效果越差;密度对土体振动加速度和振幅衰减系数的影响较小;泊松比对空沟隔振效果的影响大于密度,但低于弹性模量,泊松比越大,振动加速度越小,隔振效果越差;激振频率越大,空沟隔振效果越好。     

饱和地基中空沟近场隔振的现场试验与二维半解析边界元分析

动力机器运行和车辆行驶等会产生振动污染,危及邻近建筑物安全和干扰精密仪器设备正常运行等。这些振动污染可通过在地基中设置空沟的方式来降低或消除。针对饱和地基上明置动力机器基础的环境振动影响及空沟近场隔振问题,进行了饱和地基上空沟近场隔振的现场试验,并对试验结果进行了无量纲化分析;基于饱和土半解析边界元法,分别推导了动力机器基础环境振动影响和空沟近场隔振的边界元方程;在此基础上,详细研究了空沟对动力机器基础振动影响的隔振效果,分析了空沟深度、宽度和距振源距离对其隔振效果的影响。结果表明:空沟能够有效的降低动力机器基础的环境振动影响;空沟宽度对其隔振效果影响相对较小,而空沟深度对其隔振效果影响较大,为获得较好的隔振效果,空沟深度建议取1倍Rayleigh波波长;空沟距振源距离对其隔振效果也有较大影响,距离越远则隔振效果也越好,当被保护建筑距振源较远时,建议空沟在被保护建筑附近设置。此外,在某些特殊情况下,空沟隔振系统会由于共振现象而出现隔振效果劣化的现象,在工程设计中应予以注意。     

轨道交通连续型隔振屏障隔振效果有限元分析

为评价轨道交通连续型隔振屏障的隔振效果,通过Abaqus有限元数值方法,对空沟、填充沟等连续型屏障的隔振效果及其影响因素进行分析。结果表明：隔振屏障前侧振动加强,屏障后侧存在较好地隔振效果,屏障参数的变化对屏障前振动加强效果的影响较小,部分屏障参数的变化对屏障后侧隔振效果存在影响;屏障的隔振性能随屏障深度的增大而增强,受屏障宽度的影响较小;橡胶板墙隔振性能较差,空沟和混凝土板墙的隔振性能较强,空沟的隔振效果强于混凝土板墙;屏障距离路基越近隔振效果越好,建议工程上应用屏障隔振时,屏障靠近路基设置。     

高速铁路填充沟隔振效果的2.5D有限元分析

高铁运行产生的振动对周边环境的影响不容忽视,空沟填充沟是高速铁路有效的屏障隔振方式之一。文中以饱和土2.5D有限元理论为基础,考虑轨道和路基的动力相互作用,建立轨道-路基-填充沟数值计算模型,编制FORTRAN计算程序,分析列车在低速和高速运行条件下填充沟的隔振性能及设计参数对隔振效果的影响。计算表明:填充沟对沟后区域隔振效果较好,且高速列车的隔振效果优于低速列车;隔振后振动频段范围变化不大,但原频段振动竖向加速度幅值有较明显衰减;隔振后加速度振级下降约20 dB,加速度衰减系数衰减至隔振前的0.1倍;填充沟的弹性模量、埋深以及埋置位置对隔振效果均有较大影响。     

连续型隔振屏障在高速铁路环境振动问题治理中的应用研究

为探究高速铁路两侧隔振屏障隔振效果，采用有限元与无限元边界结合的方式进行分析，研究不同连续型隔振屏障及布置形式对隔振效果的影响。通过现场试验与同尺寸、同属性有限元模型对比试验，验证有限元模型合理性。计算结果表明:不同连续型隔振屏障中，空沟隔振效果最优，空沟隔振措施适合高速列车隔振；隔振屏障宽度为0.6～2.5倍波长时，其对隔振效果的影响较小，随着宽度的改变，隔振效果变化幅度较小；隔振屏障深度为3.8～15.2倍波长时，其对隔振效果的影响较明显，随着深度的增加，隔振效果增强；屏障位置对隔振效果的影响较大，建议屏障应靠近路基布置；连续型隔振屏障对高频的隔振效果优于低频。     

某高精密设备平台基础隔振措施分析

结合某高精密设备平台基础隔振实际工程,基于UPFs(User Programmable Features)二次开发特点,提出考虑基础-地基-基础动力相互作用计算基础隔振分析的三维有限元方法。该方法首先将动力机器、周围地基以及高精密设备平台基础作为完整的研究对象,通过引入三维紧支黏弹性边界单元模拟半无限地基辐射阻尼效应和远场介质的弹性恢复性能,并在通用有限元软件ANSYS中实现。进而基于最小二乘方法回归分析得到振动衰减关系曲线,通过其与数值分析结果的对比验证计算模型的合理性。最后针对此工程场地条件建立隔振沟减振隔振措施的有限元模型,并对隔振沟影响因素的减振效果进行分析。计算结果表明,隔振沟的位置、深度以及长度是实际工程中需要考虑的重要因素,对其进行合理的选取可获得较好的隔振效果。     

轨道交通典型隔振屏障隔振效果模型试验研究

为了研究轨道交通中几种典型隔振屏障的隔振效果,本文通过室外模型试验,以振动加速度级作为振动评价标准,对其做出分析并给出相应评价。结果表明:(1)土体振动主要是由中低频振动波引起的;(2)对比分析几种典型连续隔振屏障的隔振效果:空沟>地下连续墙>碎石填充沟>橡胶填充沟;综合考察几种非连续隔振屏障得出:混凝土桩的隔振效果优于隔振井;隔振效果优劣比较为:混凝土实心桩>混凝土空心桩>PVC空井>碎石填充井>橡胶填充井;(3)对于单排混凝土空心桩,空心率越大,隔振效果相对越差;空心桩内部形状的改变对隔振效果影响不大,外部形状的改变对隔振效果有一定程度影响,但效果不显著,且桩体外截面为方形时的隔振效果较圆形差。     

不同排数新型空沟屏障隔振效果研究

结合振动波在土介质中的传播特性,在传统矩形空沟的基础上,设计6种不同截面形状的新型空沟。通过有限元建立各种新型空沟在不同面积、不同空沟排数及不同截面形式等工况下的隔振模型,研究各新型空沟在均匀、各向同性的弹性半空间下对地表稳态垂直简谐激励的隔振效果,从而探索如何通过改变波的传播方向、削弱波在原方向上的传播能力等措施,提高空沟的隔振效果。数值分析结果表明:(1)新型截面空沟在沟后绝大多数位置的主动隔振效果优于传统矩形空沟。当截面斜边设置在靠近振源侧时,更有利于提高主动隔振效果,其中右侧直角梯形截面空沟的主动隔振效果与传统矩形空沟相比,沟后平均竖向隔振效果可提高10.2%,水平隔振效果可提高8.4%;(2)增加空沟的排数能有效改善各截面形状空沟的隔振效果,但是当排数超过2排时,继续增加空沟排数对水平方向主动隔振及竖向被动隔振效果的改善不显著;(3)增加截面面积未能有效提高空沟的隔振效果,相反,在一定程度上反而减弱隔振效果。     

空沟、碎石填充沟和排桩隔振效果试验研究

高速铁路、地铁、轻轨等轨道交通迅速发展深入城市内部人群密集地区,对环境产生的振动影响不容忽视。空沟、碎石填充沟和排桩是三种常用的轨道交通隔振措施。通过大比例尺试验,采用加速度作为振动的评价指标,分别研究空沟、碎石填充沟和排桩的隔振效果。各组试验除隔振措施外其他条件均完全相同,使不同隔振措施的隔振效果具有较强的可比性,通过比较三种隔振措施与无隔振措施下影响区的加速度衰减率,评价其隔振效果,同时通过三种隔振措施下距离振源不同位置处的加速度比较其隔振效果。研究成果可为轨道交通隔振措施及方案的选取提供依据。     

三维层状地基空沟主动隔振分析

基于薄层法在研究层状介质中波的传播问题的高效性、边界单元法处理无限域问题的精确性,结合二者的优点提出三维层状地基薄层法基本解答,建立了基于三维层状半空间薄层法位移基本解答的半解析动力边界元法。该方法可有效的分析多层场地的动力问题,解决土-结构动力相互作用问题。同时分别对粘弹性上软下硬地基及上硬下软地基的三维空沟主动隔振进行了详细的分析。结果表明,两种情况下采用空沟屏障隔振均可以取得一定的隔振效果;同时,地基分层参数对空沟隔振体系的隔振效果影响显著。     

层状地基分界面对于空沟隔振效果的影响分析

为研究层状地基的分界面对于空沟隔振效果的影响,采用模型试验,选取三种不同深度的空沟,分别为小于分界面深度和等于分界面深度以及超过分界面深度的三种深度,分析在改变空沟宽度、空沟位置(固定振源即传感器位置,仅改变空沟所处位置)以及激振频率时对三种深度空沟隔振效果的影响。结果表明:当宽度和激振频率发生改变时,深度等于土层分界面处深度的空沟隔振效果变化最不明显;当宽度和空沟位置发生改变时,沟深小于分界面深度的空沟受到的影响最为明显;在激振频率的改变下时,沟深大于土层分界面深度的空沟所受影响最大;当固定其余参数,逐渐增加空沟深度时,深度在变化到分界面处时会有Ar值发生增加现象,该现象受到激振频率影响,激振频率越低,则上升幅度越大,低频的上升区间也最长,即Ar值从出现上升趋势至恢复减小趋势的距离为上升区间。综上结论,在选择隔振沟时应注重上述因素的影响,合理设计隔振沟,使其达到最佳隔振效果。     

双线地铁运营隔振沟屏障性能研究

为研究双线地铁运营时隔振沟的减振效果,基于2.5维有限元法建立双线地铁列车-轨道-地基土体耦合分析模型。模型克服现有研究将轨道结构简化为弹性地基欧拉梁的缺陷,引入实际钢轨动力学参数,实现双线地铁列车荷载下隔振沟对周围地基的隔振效果分析,比较空沟、填充沟两种不同隔振措施的减振特性,并对填充沟隔振影响因素进行系统的参数分析。研究结果表明:双线运营地铁荷载下,空沟隔振作用体现在沟后范围内,填充沟减振范围更广且效果更好,相比空沟更具工程实用性;填充沟在沟深较小时也能发挥良好的减振作用,增大沟深、沟宽均可有效提高减振效果。研究成果可为今后双线地铁隔振设计与施工提供有益参考。     

弹性地基中波阻板对入射Rayleigh波的远场被动隔振研究

针对被保护结构下埋置波阻板的远场被动隔振问题,采用频域弹性边界元法,推导得到了弹性地基中波阻板对入射Rayleigh波散射的边界元方程,在此基础上对波阻板的远场被动隔振效果进行了计算,并对影响波阻板隔振效果的因素进行了分析。研究结果表明:在地基一定深度设置波阻板能够有效降低波阻板上方及后方区域的地面振动;减小波阻板埋深以及增大波阻板厚度均能获得更好的隔振效果;而增加波阻板的剪切模量是提高波阻板被动隔振效果的最有效措施。     

层状地基环形沟隔振效果影响因素分析

为探究层状地基环形沟隔振中几何参数对其隔振效果的影响规律,文章采用振幅衰减比A_r值进行评价分析,并定义沟后A_r≤0.4区域为有效隔振区域,通过改变环形沟的几何参数,得到其对有效隔振区域影响变化规律,从而确定环形沟不同几何参数对其隔振效果的影响。结果表明：层状地基土中环形沟深度位于土层分界面附近时,环形沟隔振效果相对较弱;当宽度参数在0.01~0.35之间不断增大时,有效隔振区域占比变化幅度仅为4.8%,即环形沟宽度变化对环形沟隔振效果影响较小;随着环形沟弧长的增加,有效隔振区域面积的扩大速率减缓,弧长参数达到2.20以后,隔振效果趋于稳定;振源与环形沟之间及环形沟末端位置区域存在振动放大区。     

轨道交通荷载下桩板结构主动隔振效果研究

为了研究在轨道交通荷载作用下桩板结构主动隔振措施的隔振效果,通过无限元边界与有限元边界相结合的有限元分析方法在路基中建立桩板结构模型,并在沙土地基中设置混凝土桩板结构进行模型试验,通过模型试验对有限元数值模拟结果加以验证,将桩长、埋深及置换率3个因素考虑在内,研究其对隔振效果的影响。结果表明:模型试验验证有限元计算方法的可靠性;随桩长增加振幅降低比减小,隔振效果明显,随着振源距离增加其振幅降低比减小明显;埋深为桩板结构主动隔振措施中的主要影响因素,随着埋深增加振幅降低比明显减小,隔振效果越明显;有限元计算过程中置换率对隔振效果的影响不明显,但是在模型试验中置换率对隔振效果影响较显著。     

均质及双层地基土条件下环形沟隔振效果分析

为了探究均质地基和双层土地基条件下环形沟几何参数变化对其隔振区域的影响规律,及环形沟在不同地基土层中隔振效果的差异,本文建立缩尺比为1: 15的模型试验,以地基土类型、环形沟深度、宽度及圆心角为研究变量,通过开展具体试验进行探究。结果表明:在均质地基和双层土地基环形沟隔振中,环形沟宽度变化对其隔振效果影响较小,环形沟深度及圆心角是影响其隔振效果的重要参数,且深度和圆心角越大,隔振效果越好,但当地基土为成层土地基,环形沟深在临近土层分界面深度增大时,环形沟隔振效果相对减弱;在均质地基和双层土地基中,相同参数条件下,均质地基土较双层地基土具有更好的隔振特性;振源与环形沟之间及环形沟末端位置区域由于振动波的传播特性存在振动增强区域。     

层状地基空沟被动隔振分析

基于薄层法在研究层状介质中波的传播问题的高效性,边界单元法处理无限域问题的精确性,结合两者提出层状地基二次形函数薄层法基本解答, 建立了基于层状半空间薄层法位移基本解答的半解析动力边界元法,可以有效的分析多层场地的动力问题,解决土-结构动力相互作用问题.同时对上软下硬的典型层状地基中的空沟被动隔振效果进行了详细的分析.研究表明:对于上软下硬地基中空沟被动隔振,为取得与匀质弹性半空间中连续屏障隔振同样的效果,需要更深的深度,同时振幅衰减曲线会出现明显的振荡现象;为使隔振效果满足Richart要求,当表层土归一化深度H＜1.0时,空沟归一化深度T应大于1.3,而1.0≤H≤2.0时,T应当大于1.8.     

移动荷载作用下Gibson地基中Duxseal主动隔振研究

随着中国高速铁路建设的快速发展，移动荷载下路基振动所带来的环境污染日益严重，轨道交通诱发的环境振动隔振已成为土动力学研究的热点之一。为缓解轨道交通诱发的振动污染问题，考虑车-轨道-土体动力相互作用，建立列车-轨道简化分析模型，采用三维半解析半理论边界元法，探究移动荷载下均质和Gibson地基中埋置Duxseal时的隔振效果进行分析并探讨不同Duxseal宽度、厚度及埋深对隔振效果的影响。研究结果表明：在一定范围内增加Duxseal宽度和厚度有助于提高隔振效果，较小的埋深对振动控制有利。Duxseal参数的设计要充分考虑成本和地基参数，地基类型对水平方向的隔振效果影响较小，竖向受土质参数的影响较大。