单跨简支梁竖向振动的磁悬浮半主动控制

由于传统的隔振器需要足够的竖向刚度来支撑上部结构,因而不能隔离竖向振动。为了解决这一问题,本文提出一种新的隔振策略,即磁浮式半主动控制方法,并将这一方法应用于弹性梁弯曲振动的半主动控制。将均质弹性梁简化为一带集中质量的简支梁,导出了控制系统的运动方程,讨论了系统在平衡点的稳定性,应用推广的Runge-Kutta方法,得到了系统在随机地面输入下的加速度响应。结果表明：杆件的初始悬浮位置是磁浮式半主动控制系统的平衡点,且平衡点是L稳定的;磁浮式半主动隔振系统具有类似于软弹簧的性质,与普通的弹性简支梁相比,磁浮式半主动振动控制系统的振动频率较低,加速度响应明显减小,系统具有良好的竖向隔振性能。     

论高速磁浮线路抗震设防标准与设计准则

高速磁浮交通系统是一种依靠电磁力实现车辆无接触运行的新型有轨交通系统，具有广阔的发展前景。本文充分考虑高速磁浮线路的特点和重要特性，借鉴其它行业的工程抗震设防标准，通过类比分析，提出和建议了适于磁浮线路的三级抗震设防标准；在此基础上，通过磁浮线路不同程度的地震损伤性能和可能的地震震害分析，提出和建议了磁浮线路结构考虑使用功能和地震损伤性能的三水准抗震设计准则，为我国长大干线磁浮线路抗震设防标准和设计准则的建立和细化并逐步形成设计指南和规程提供了基础。     

高速磁浮轨道结构抗震性能分析

磁浮轨道结构是整个磁悬浮系统最大和最昂贵的子系统，一旦在地震作用中破坏，将造成严重的直接和间接经济损失。通过对上海线典型轨道结构进行抗震分析，从墩柱强度、轨道梁的位移反应和支座抗震检算三方面对轨道结构的抗震性能进行评价。     

电流变体-砂浆复合梁结构的振动特性研究

利用电流变体作为驱动元件与基体砂浆材料结合制成智能悬臂梁结构,调节施加在电流变体上的电压,用锤击法瞬态击振测定其在不同电场强度下的自振频率,对频率随电场强度的变化规律进行了研究。实验结果表明电流变片埋置位置对复合梁的整体振动特性的影响比较大。     

用于地震观测的瞬态滤波器仿真研究

现代地震数据采集器中广泛使用的最小相位滤波器和线性相位滤波器各有不足之处,最小相位滤波引起的“振铃”尾波,线性相位滤波引起的“前缀”波,无法用后续处理的方法消除。本文提出一种专用于地震波形采集的瞬态滤波器设想,该瞬态滤波器既能满足最小相位特性,又能保持较好的线性相位特性。本文用Matlab设计出了可以满足上述条件的瞬态滤波器,并通过仿真比较了正弦接入波通过3种滤波器的输出波形。从仿真结果可以看出,与最小相位和线性相位滤波相比较,该瞬态滤波器的波形失真最小。     

钢筋混凝土梁非线性动力特性试验研究

对钢筋混凝土梁非线性动力特性及其损伤程度之间关系做了试验研究。混凝土梁的非线件动力特性通过对冲击振动位移反应信号的时频分析和共振试验获得。把时频分析和共振试验两种方法结合在一起，通过分析得到合适的时频分析所用窗口宽度，再结合时频分析方法，得到各级加载后混凝土梁的振幅与频率关系曲线。通过分析混凝土梁在各级损伤加载后的振幅与频率关系曲线族，总结了损伤钢筋混凝土梁的非线性动力特性，并分析了用钢筋混凝土梁的非线性动力特性做损伤检测的可行性。     

高层建筑转换梁上短肢剪力墙抗震试验和分析

本文依据实际工程的背景,通过高层建筑转换梁上的两个短肢剪力墙试件的拟静力试验,研究其破坏模式,抗震性能和计算方法。在试验研究的基础上,采用非线性有限元方法进行分析计算,为解决实际的复杂体型高层建筑抗震设计提供一些建议。     

波形钢腹板连续梁的动力特性研究

目前波形钢腹板箱梁桥的动力学研究主要以简支箱梁为主,对连续箱梁的研究很少.为此,设计制作了波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁的模型试验梁,并建立ANSYS有限元模型对其动力特性进行了分析.为验证理论分析的正确性,采用DHDAS动态信号测试分析系统对其动力特性进行了实测,根据实测数据识别出各阶竖向弯曲振动的模态及振动频率.模型试验梁的有限元分析结果与实测结果的差别较小.因此,实践中采用所提有限元建模方法可以获得较高的精度.同时还研究了不同位置的横隔板对波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁动力特性的影响,结果表明:支座横隔板对箱梁动力特性的影响最大,而中横隔板对箱梁的动力特性基本上没有影响.因此在实际工程中,可以适当减少中横隔板的数量,以合理节省桥梁建设成本.     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点性能试验研究

本文进行了钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点的静载和低周反复荷载试验,分析了节点的破坏形态、承载能力、延性、耗能能力等性能。本次试验结果显示,钢管混凝土核心区未发生屈服破坏情况,塑性铰产生于扁梁和环扁梁交界处(静载)和环扁梁上(低周反复荷载),环扁梁与钢管混凝土柱间未发生明显滑移现象;试验节点连接可靠,具有较好的承载力、延性以及耗能能力,能够满足延性抗震设计要求。     

瞬态滤波器设计及其在地方地震观测中的应用研究

目前地震数据采集器使用的最后两级数字滤波器相位有最小相位和线性相位两种。相位特性直接影响着记录的地震波形数据质量,最小相位滤波器的相位特性非线性严重,引起波形失真,线性相位滤波器带来“前缀波”。本文介绍了一种专用于地震波形采集的瞬态滤波器的设计及其观测分析研究。该瞬态滤波器既有最小相位特性,又有较好的线性相位特性,具有良好的瞬态响应波形。地方震实测数据表明,使用瞬态滤波器记录的地震波,没有"前缀"波出现,初动半周期也没有被展宽,波形失真最小。因为通带至过渡带转角平缓和过渡带滚降速率低是所有瞬态特性良好的滤波器的共同特征,故使用瞬态滤波必须付出的代价是提高采样率来确保通带上边沿频率保持不变。     

地铁隧道-地层动力相互作用模型试验参数设计

以西安地铁2号线为研究原型,根据模型试验相似准则,设计了列车荷载作用下地裂缝-地铁隧道-地层动力相互作用试验模型。根据试验需求及场地条件,确定采用模型试验箱进行试验,模型试验箱考虑了地铁隧道与地裂缝的不同交角,可以分别模拟地铁隧道与地裂缝呈90°正交、60°斜交、30°斜交的情况,同时,试验采用激振器模拟了不同频率的车辆振动荷载。根据相似原理,合理确定了几何参数、地铁隧道及围岩材料参数、动力加载方式及动力试验参数,以期通过模型试验来研究地铁隧道-地裂缝-地层在列车振动荷载作用下的动力响应规律,为列车振动控制措施研究提供参考。     

Vibration analysis of pile-supported embankments under high-speed train passage

Soft ground improvement using piles has increasingly been used as a rapid construction technique for railway and highway embankments over soft soil areas. While most studies conducted so far have addressed only issues of stability and settlement of pile-supported embankments under static loading, very limited attention has been paid to understanding their behaviors under transient loading of moving vehicles. In this study, vibration behaviors of this embankment system under high-speed train passage are investigated through three-dimensional finite element simulation. They include (1) characteristics of the surface wave field at high train speeds, (2) the dependence of vibration amplitude on the train speed and the phenomenon of critical speed, and (3) response at some typical locations in the system when the train moves at the critical speed. The study shows that there are breaks in the simulated wave fronts as transiting between different materials due to the difference in the Rayleigh wave speed among the materials relative to the train speed, and that the increase in train speed is accompanied by the increase in phase shift between the train load and the displacement pattern beneath the load. It is shown that the critical speed of the system is governed by the embankment, instead of the soft soil as commonly observed in previous studies in which the ground is not improved. Namely the vibration amplitude is maximally amplified when the train speed approaches the characteristic Rayleigh wave speed of the embankment material. In addition, the results also suggest that the sloping surfaces on the ballast and embankment along with the piles form a ‘trapping’ effect by which most of the train-induced waves, especially higher-frequency waves, incident to the sloping surfaces are trapped and dissipated within the pile-supported embankment system, and thus significantly reducing vibration amplitudes outside the embankment.     

Influence of structural parameters on dynamic characteristics and wind-induced buffeting responses of a super-long-span cable-stayed bridge

A 3D finite element (FE) model for the Sutong cable-stayed bridge (SCB) is established based on ANSYS. The dynamic characteristics of the bridge are analyzed using a subspace iteration method. Based on recorded wind data, the measured spectra expression is presented using the nonlinear least-squares regression method. Turbulent winds at the bridge site are simulated based on the spectral representation method and the FFT technique. The influence of some key structural parameters and measures on the dynamic characteristics of the bridge are investigated. These parameters include dead load intensity, as well as vertical, lateral and torsional stiffness of the steel box girder. In addition, the influence of elastic stiffness of the connection device employed between the towers and the girder on the vibration mode of the steel box girder is investigated. The analysis shows that all of the vertical, lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the dead load intensity increases. The dynamic characteristics and the structural buffeting displacement response of the SCB are only slightly affected by the vertical and torsional stiffness of the steel box girder, and the lateral and torsional buffeting displacement responses reduce gradually as the lateral stiffness increases. These results provide a reference for dynamic analysis and design of super-long-span cable-stayed bridges.     

Vibration reduction analysis of new barriers in large model experiment

A large model box was developed in our experiment to study the vibration reduction effect. Five hydraulic high-performance actuators are arranged in the upper part of the model box. There is a time difference between adjacent actuators, which can simulate the train induced vibration. To reduce vibration a composite barrier is designed; the barrier consists of a honeycomb concrete canvas and PE polymer water bags. The concrete canvas can be mixed with water to produce a hydration reaction to form a structure with a certain hardness. By simulating different train speeds and loads, vertical vibration velocity, and acceleration before and after the barrier are compared and analyzed. The experimental results show that the new barrier can achieve a good vibration reduction effect. When the simulated train speed increases, the damping effect of the barrier is improved. At a speed of 180 km/h, an amplitude of 1.5 m after the barrier is found to be 48.6% lower than that before the barrier. Velocity decreases by 24.2% at 36 km/h and by 38.1% at 108 km/h.

     

地震-列车移动荷载耦合作用下高铁路基振动特性研究

基于轨道结构-路基-地基动力相互作用理论,建立考虑地震-列车移动荷载耦合输入的轨道结构-路基-地基动力学模型,研究高速铁路路基及轨道在耦合荷载作用下的振动响应问题。通过编制DLOAD子程序并与ABAQUS有限元计算程序联立,实现地震荷载与列车移动荷载耦合作用的施加,以高速铁路桩承式路基及自由式路基为研究对象,对地震-列车移动荷载耦合作用下两种路基系统的动力响应进行数值计算并比较两者的振动响应差异。结果表明,耦合荷载对桩承式路基动力响应影响显著,该荷载作用下桩承式路基会发生共振现象,使得桩承式路基中轨道和路基振动位移幅值均大于自由式路基的振动位移幅值;桩承式路基不会影响路基系统的振动频率,但会改变路基系统的振动大小,桩承式路基中轨道X方向加速度、路肩边及路基坡脚处的竖向加速度分别减小6.2%、50%、28.6%。     

移动荷载作用下土体动力反应数值模拟

在研究轨道振动荷载的产生机理基础上,归纳出一个能够涵盖速度、线路不平顺、轮重、轨枕对轮载的分散作用等因素在内的轨道荷载解析表达式,以此作为输入施加到土体模型上,利用ANSYS模拟地基土在轨道移动荷载作用下的三维瞬态弹塑性反应。通过计算得到土体不同位置位移和加速度时程曲线,并得出如下结论:荷载刚施加时地面位移会有一个突变,但是随着荷载的移动会达到一个稳定值,并随着水平面内远离轨道,该值逐渐衰减;荷载刚刚施加时加速度会有一个突变值,随着荷载的移动逐渐趋于零。轨道机车速度对竖向方向的位移和加速度影响不大。     

钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析

传统钢结构建筑钢板外部震动下承载力分析方法,是基于总体钢板结构以及受力特征,获取载荷同振动频率间的关系,实现承载力的分析,并未对钢板同混凝土间的应力-应变关系进行分析,导致分析结果存在较高的偏差。提出新的钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析方法,将钢结构建筑钢板横截面简化成混凝土的矩形截面和波纹钢板的工字形梁截面,采用ANSYS有限元软件中的CONTACI2接触单元仿真分析钢板同混凝土两者的影响,分析混凝土及钢板的应力-应变关系、界面模块的应力-滑移关系,采用力平衡迭代法获取外部震动下钢板荷载增量;在上述基础工作上采用有限元软件,对外部震动下钢结构建筑钢板实施有限元接触单元建模及承载力分析。实验结果表明,该方法能够实现钢结构建筑钢板外部震动下承载力有限元分析,并且分析结果具有准确性高和效率高的优点。     

设置限位器双向隔震铁路桥梁车桥耦合动力响应研究

对铅芯橡胶双向隔震铁路桥梁在列车荷载作用下的力学性能进行了研究,针对双向隔震铁路桥梁中存在的问题,提出了设置限位器的解决方案,并对设置限位器的双向隔震铁路桥梁进行了车桥耦合动力响应分析。研究结果表明,采用常规隔震设计方法的铅芯橡胶支座在横桥向的初始刚度和屈服强度均不能满足规范要求,设置限位器后,双向隔震铁路桥梁的力学性能有了很大的改善,各项指标均满足列车运行安全性和平稳性要求。     

近距离垂直交叠地铁盾构隧道的动力响应分析

以郑州地区某地铁隧道段为工程背景,采用三维精细化管片和正交各向异性圆环衬砌模型模拟隧道结构,将地铁列车运行荷载简化为人工激励函数,构建地铁列车运行对相邻近距离垂直交叠隧道动力响应的数值模型,对不同列车位置、隧道结构、列车速度、隧道净距等工况下近距离垂直交叠相邻隧道的竖向振动响应、影响范围和动应力进行分析。研究结果表明:上隧道运行列车对下部近距离隧道的拱顶的振动影响较大,其他区域影响较小;下隧道运行列车对上部近距离隧道的振动影响整体较小;采用错缝拼装有利于降低近距离垂直交叠隧道在交叠段的振动影响;上隧道列车在启动加速阶段和达到最高速度行驶两个阶段对下隧道拱顶的加速度影响较大;随着隧道净距的减小,上隧道列车引起近距离交叠垂直隧道的下隧道的拱顶竖向加速度显著增加,交叠区域的整体振动最强烈,当远离交叠段1倍洞径后,净距对加速度值的影响可忽略不计。     

On the dynamic response of an infinite Bernoulli-Euler beam

Summary This paper presents a theory of the transient Bernoulli-Euler beam problem on an elastic foundation which takes into account the effects of axial load and linear damping. An analytical solution of the steady state and the transient components has been obtained due to physically realistic load distributions. With a view to extend its practical applicability, the characteristic features of the solution are explored. Several limiting situations are investigated as special cases. It is shown that the steady state vibration can be achieved as the limit of the solution of the transient problem.