分层土地基中几何参数对单排混凝土桩隔振效果的影响

为了研究分层土地基（上层为粘土层,下层为砂层）条件下几何参数对单排混凝土桩的隔振效果,该试验通过缩尺比例为1∶15的缩尺模型试验,以激振器作为点振源产生振动波向四周扩散,通过对比单排桩前后两侧振动加速度极值,清晰地展现出了单排桩对振动波的的影响区域,并得到了几何参数的隔振影响作用。在该试验条件下得出结论:相对于其他影响因素,桩长是影响隔振效果的重要参数,当桩长参数由0.28增至0.57时可提高约9％的隔振面积,同时增加桩长和隔振区长度可使隔振区域振幅大幅度减小与有效隔振面积大幅增加,但同时会造成桩前一侧振动增强;对于低频振动,单排桩隔振屏障对中频和高频有更好的隔振作用,该试验条件下隔振效果可相差约3％,且频率越高,穿透性越强,且将在桩后形成一个振动加强区;增加振源距可有效提高隔振效果,但当频率较低时,中远振源的隔振效果相近。     

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。     

混凝土单桩对瑞利波的阻隔机理试验研究

通过室外试验的方法绘制相对加速度的二维等值线图,并依据桩周土体的振动情况进行区域划分,进一步研究单桩几何尺寸变化时其周围土体振动区域的变化情况。结果表明:单桩桩前、桩两侧存在振动加强区,桩前的振动加强现象更强,以桩角处尤为明显;当桩长与波长的比值在0.109～0.840时,隔振区、反射区的面积增长幅度较大,而绕射区的面积则迅速减小,当比值在0.840～0.962时,隔振区、反射区以及绕射区的面积变化很小,数据趋于缓和;桩径与波长的比值对桩周振动区域的影响较大,随着比值在0.013～0.163之间增大,隔振区与反射区的面积分别增加了0.249 m~2、0.129 m~2,增长的速率均较快,而绕射区的面积以较快的速率降低了0.088 m~2;振源距与波长的比值对隔振区与反射区的面积影响较大,当比值在0.163～0.961时,隔振区与反射区的面积急速下降,当比值在0.961～1.068时,变化趋势趋于缓和,对于绕射区面积,随着比值的增加,绕射区的面积仅仅增加了0.037 m~2。     

武汉交通学校群楼爆破拆除塌落振动分析

为了分析一次性爆破拆除多栋建筑造成的地面振动的特征及对周边建筑物的影响,对武汉交通学校群楼爆破拆除中的地面振动进行了测量,并对实测的塌落振动的峰值、频谱特性进行分析。结果表明:此次监测记录到的峰值频率在5～10 Hz,对比高架桥以及单一高层结构爆破拆除数据,倒塌叠加使得振动能量在频谱上分布更加离散,其峰值频率与周边结构自振频率相差变大,周边建筑共振的危险性降低;对于周围的结构而言,水平振动持时大于竖向振动,但水平振动幅值明显小于竖向振动;爆破塌落振动的竖向分量对周围结构的威胁较大,应采取有效的缓冲及隔振措施;由《爆破安全规程》和周边建筑爆破前后主振频率分析可知,本次爆破拆除工作未对周边建筑造成破坏性影响,验证了群楼爆破拆除方案的高效性和安全性。     

干砂土高频振动下压缩变形特性试验研究

在自行改装高频振动系统基础上,通过对干砂土进行高频振动压缩室内试验,研究了干砂土变形特性。试验研究表明:在18~27 Hz的频率范围内,塑性压缩变形随着频率的增加而减少速度很快;在27~37 Hz的频率范围内,塑性压缩变形随着频率的增加而减少速度减缓。重点分析了相对密实度、动应力幅值等因素对高频振动下频率与塑性压缩变形之间关系的影响。分析结果表明,虽然在频率较低时,这2个因素对塑性压缩变形影响很大,在高频时,塑性压缩变形对这2个因素不敏感;但是它们并不会改变频率与塑性压缩变形关系曲线变化的趋势。     

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。     

移动车辆荷载环境微振动的排桩隔振参数分析

为满足精密仪器振速控制要求,提出“群桩基础+隔振排桩”与空气弹簧的两级组合隔振措施。主要研究路面移动车辆荷载经过时,第一级隔振中排桩的隔振效果。实测土体小应变动力参数,通过编写车辆-路面耦合单元(VRI)子程序引入路面不平顺,并基于三维有限元法建立了道路-排桩-地基动力模型。将模拟振速经1/3倍频程滤波与实测进行对比,并对隔振排桩进行了参数分析。研究结果表明:两级隔振体系可满足VC-E微振动控制要求;排桩的间距、桩长和排数是影响隔振效果的主要因素,且竖向隔振效果较水平向好。研究成果可为今后环境微振动工程的设计与施工提供有益参考。     

Rayleigh波入射下相邻山体地震响应边界元法模拟

采用间接边界元法（IBEM）,对Rayleigh波入射下两邻近山体的地震响应进行了定量分析。结果表明:与单个山体在Rayleigh波入射下的地震响应相比,两山地形的地震反应规律更为复杂,反应特征受控于入射波频率和山体间距等因素。总体上看:入射Rayleigh波频率较低时,两山间距对双山地形地震反应影响较大。低频波入射,受邻近山体影响,迎波面山体水平位移峰值约为入射波水平位移的6.3倍,放大效应可达单山作用的1.5倍。且山体山脚处竖向位移的频谱振荡更为剧烈,特定频率下山脚的竖向位移反应可达单山放大效应的1.6倍。较高频波入射时,迎波面一侧山体受邻近山体影响较小,且对波表现出明显的屏障效应,背波面山体地震反应强度被削弱。     

振动频率对饱和砂土液化强度的影响

采用“土工静力-动力液压三轴-扭转多功能剪切仪”对饱和砂土进行了一系列动三轴实验,探讨了振动频率对液化强度数值的影响程度。在1．0、1．5固结比和0．05、0．10、1．00Hz振动频率条件下,针对相对密实度分别为70％、28％的密砂和松砂进行了100、200、300kPa围压和100kPa围压条件下的液化强度实验。实验结果表明,饱和密砂和松砂在各种固结条件下,液化强度随着振动频率的增大而增大,相同破坏振次时,各种实验条件下的液化强度与振动频率的关系在双对数坐标上均符合线性关系;振动频率由0．05Hz变化到1．00Hz时,液化强度相差达25％以上;动强度指标翰值随振动频率的增大而增大,最大相差12．2％;随着振动频率的增大,砂土达到液化破坏所需的时间明显缩短;振动频率对松砂液化强度的影响比对密砂的影响更为显著。     

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。     

高速铁路桩板结构对瑞利波的被动隔震试验研究

为研究高速铁路桩板结构被动隔震效果,以减震率作为隔震性能评价指标。通过模型试验分析不同几何参数的桩板结构隔震性能,并绘制减震率等值线图以描述其隔震区域。基于试验得到以下结论：桩板结构可以有效阻隔瑞利波,增加桩长、桩径和承载板厚度,并减小埋深与桩间距,可以提高隔震性能并增大有效隔震面积。减震率增长幅度随桩长、桩径和承载板厚度增大而减小,故桩径和桩间距参数宜控制在0.33至0.67之间,桩长参数宜控制在0.40至0.80之间,且应尽可能减小埋深。当砼使用方量相同时,隔震效果从强到弱依次为：桩长、承载板厚度和桩径。     

The performance of inclined secant micro-pile walls as active vibration barriers

The isolation of vibrations from the surroundings is one of the important problems in the design of machine foundations. The use of open trenches, infilled trenches, single and multiple pile rows have been widely studied. In this paper, the vibration screening efficiency of an inclined secant micro-pile wall positioned as an active vibration barrier is investigated. The study is performed using three-dimensional time domain finite element analyses. Various parameters such as barrier depth, inclination, barrier distance and load excitation frequency were studied. The results show that inclined secant micro-pile walls are a viable vibration isolation option for a multitude of vibration problems. It is shown that varying barrier inclination angle from 90° to 120° improved vibration isolation performance as high as 44% relative to the vertical barrier for the active isolation case. The effectiveness of the barrier increases as its depth increases and also as the excitation frequency increases. The orientation of the inclined barrier towards or against vibration source is shown to be a fundamental design consideration.     

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。     

Analysis on multiple scattering by an arbitrary configuration of piles as barriers for vibration isolation

By introducing the multiple scattering of acoustic or electromagnetic waves by an arbitrary configuration of parallel cylinders, a new formal solution that is different from the traditional ones to solve the problem of plane elastic waves scattering by cylindrical solid piles as barriers for environmental vibration isolation has been established. The first order of scattering is generated from the excitation of each pile by incident waves, and the second order is resulted from the excitation of each pile by the first order of scattering induced by remaining piles. The rest to an infinite can be executed in the same manner. Suppose that each order of scattering satisfies continuity boundary conditions at the surface of each pile, the undetermined scattering coefficients would be figured out ultimately. By introducing the normalized displacement amplitude and transmissibility indices, some properties of vibration isolation by single or multi-row of piles are analyzed. Influences of specific parameters such as scattering orders, separations between piles and pile rows, normalized frequencies, number of piles, etc. are investigated. Several instructive results are derived and recommended for designing piles as barriers for environmental vibration isolation.     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

均质介质中排桩对瑞利波的阻隔试验分析

本文通过室外试验的方法并绘制二维等值线图以及将波长和双桩变量进行归一化处理来分析瑞利波通过双桩时周边土体振动的变化,结果表明：在桩间、桩前存在振动加强的现象,其中桩间以及桩角处振动强度最大;桩长与波长的比值的增加会使得桩前、桩间土体振动加强,同时也会使得双桩的隔振效果提升。当比值为0.691~0.781的范围内时,各点处变化幅度趋于平缓;桩间距的增加会使得双桩失去相互影响作用,当桩间距与波长的比值在0.34~0.42时,桩前、桩间以及桩后的A_r值趋近于1,即不存在振动加强以及衰减现象;桩径的增加可提升双桩的隔振效果,同时随着桩径与波长的比值增加,桩前、桩间的A_r值均有较小幅度的增加;振源距的增加会使得双桩的隔振效果增强,随着振源距与波长的比值的增加,桩前的A_r值降低了0.13左右,桩间仅仅降低了0.068左右,而桩后的A_r值降低了0.108左右,隔振效果增强,但增强的幅度较小。     

钢箱梁自行车桥的舒适度研究

为研究厦门市薄壁弯箱梁自行车桥的舒适度,借助SAP2000有限元软件建立自行车高架桥三维模型,参考德国标准EN 03设计人行荷载模型,计算0~50Hz频率范围内桥梁的动态响应,根据该桥结构动力特性,分析0~4Hz激励荷载作用下各跨跨中的动力响应及不同桥跨之间的衰减情况。结果表明:激励响应主要以竖向响应为主,横桥向和顺桥向的位移值大约为竖向位移值的0.51%~27.69%;第4跨激励响应最大,第3跨最小;相邻跨受迫振动响应随跨度距离的增大依次减小;跨内及不同桥跨间的加速度响应结果均达到规范规定的舒适度要求;速度响应同加速度在趋势上吻合度良好,速度指标可作为舒适度评价补充验算的指标。该研究结果对今后指导自行车桥设计和舒适度分析意义重大,并为研究者对该类桥的进一步研究提供借鉴。     

Finite element analysis of structure-borne vibration from high-speed train

Finite element analyses were used to investigate the behavior of the building vibration induced by high-speed trains moving on bridges. The model includes the bridge, nearby building, soil and train. Finite element results indicate that trainload frequencies are more important than the natural frequencies of bridges and trains for building vibrations. If the building natural frequencies approach to the trainload frequencies, which equal an integer times the train speed over the compartment length, the resonance occurs and the building vibration will be large. Moreover, the vibration shape is similar to the mode shape of the resonance building frequency. To isolate the building vibration induced by moving trains, this paper investigates three common types of foundations, which include the extension of retaining walls, pile foundation and soil improvement around the building. Soil improvement around the building is the best way to reduce the building vibration both in horizontal and vertical directions.