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%。     

水平及竖向地震共同作用下双线隧道的响应分析

基于有效的土-结相互作用有限元数值模拟方法,利用有限元软件ABAQUS对水平及竖向地震共同作用下双线盾构隧道的地震响应进行分析研究。地震动输入选取近场地震Loma、ChiChi、Mammoth和WoLong的基岩水平及竖向加速度时程记录。结果表明,不同近场地震记录对隧道结构的作用不同,隧道的地震反应与场地性质及地震动的频谱特性密切相关。对比隧道在水平及竖向地震动共同作用下的响应与单向水平地震动作用下的响应,发现隧道的最大地震附加内力及其分布均发生较大的变化,在隧道结构抗震设计中需引起重视。另外,分析中还考虑了在双向地震动共同作用下,隧道间距、土-结接触面的摩擦系数、土-结相对刚度、输入的地震记录和竖向地震动相对强度对隧道地震响应的影响等,研究结果对隧道工程的抗震设计具有一定的参考价值。     

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。     

高速地铁列车竖向振动特性分析

高速地铁列车是一种运行速度可达160 km/h远高于普通地铁最高速度80 km/h的新型地铁列车。其车辆力学特性与高铁列车基本相同,其轨道运行条件与普速列车轨道运行条基本相同。地铁列车竖向振动影响列车上部结构供电及受力性能,目前高铁及普速列车在各自轨道上运行时列车的振动特性研究较为成熟,但高铁列车在普速铁路上运行时的振动特性的研究尚属空白。聚焦高速地铁列车在普速轨道上运行时的车辆振动特性,基于OpenSees软件建立普速及高速地铁列车的车-轮-轨二维有限元模型;利用我国普速轨道谱考虑其频谱特征随机生成20个440 m长轨道不平顺样本;通过有限元法分析了普速和高速地铁列车在不同运行速度及不同平顺程度下的竖向位移响应及统计参数,研究了高速及普速地铁列车竖向振动随运行速度的变化规律。研究表明：高速地铁列车与普速地铁列车的不平顺轨道振动远大于平顺轨道振动。高速列车与普速列车在竖向振动随速度变化特性上存在差异,高速列车的竖向振动位移幅值远小于普速列车,相较于普速列车振动更加稳定。     

基于生物水文响应模型的刺激四大家鱼繁殖生态调度目标量化方法研究——以三峡水库为例

为了改善生态调度效果,提高生态调度实践成功率,采用医学领域适用性广、准确性高、直观性强的受试者工作特征曲线法(receiver operating characteristic, ROC),以三峡水库为例,提出了一套基于生物水文响应模型的刺激四大家鱼繁殖生态调度目标量化方法,包括涨水事件界定及生态水文指标选择、鱼类自然繁殖事件及有效繁殖响应界定、生物-水文响应模型构建与多指标判别优选等多个环节。运用三峡水库运行后2013—2019年(除2016年)6年47场次宜昌江段的涨水事件和24次四大家鱼有效繁殖响应的实际观测数据构建模型并量化三峡水库生态调度目标。结果表明:(1)依据初始流量Q₀、洪峰流量Q_peak、流量总增长量Q_sum和流量日增长率dQ这4个指标所建立的单指标生物-水文响应模型具有较好判别四大家鱼自然繁殖对水文条件是否响应的能力;(2)各评价指标Q₀、Q_peak、Q_sum、dQ的最佳阈值分别为14960 m³/s、19610 m³/s、4050 m³/s及1405 m³/(s·d);单指标模型性能排序为dQ＞Q_peak＞Q_sum＞Q₀;(3)依据dQ或Q_peak的指标组合方式建立的多指标生物-水文响应模型综合性能最佳。结果表明,ROC模型方法结果形式简单、预见性强,据此量化生态调度目标,可为其他流域、水库的鱼类繁殖响应判别和水库生态调度方案制定提供参考借鉴。     

地铁车站-隧道-土相互作用体系地震反应

为研究地铁车站-隧道-土相互作用体系在地震中的整体力学行为,并探讨地铁车站与隧道接头结构对地下轨道交通结构地震响应的影响,本文建立了地铁车站-隧道-土相互作用体系的大型三维整体有限元模型,借助Ls-dyna有限元软件进行地震动时程分析,探讨了地铁车站-隧道-土相互作用体系的地震反应规律,从定量角度研究了地铁车站与隧道接头结构对车站及隧道地震响应的影响程度及范围。研究表明,地震作用下地铁车站与隧道结构的受力明显不均匀;地铁车站结构的最大层间位移响应在接头部位较车站中间截面显著减小,接头结构的影响距离约为车站纵向跨度的5倍;地铁隧道在接头结构处的应力响应较隧道其他位置显著增大,但增大程度随着与接头部位距离的增大而迅速减弱。     

重庆荣昌井水温同震-震后响应特征及机理研究

利用位于华蓥山断裂带的重庆荣昌井水温数字化分钟值观测资料,统计分析了该井水温对2008年1月—2021年9月全球M_S≥7.0、川滇地区M_S≥6.0、重庆及周边地区M_S≥4.0共273次地震的同震-震后响应动态特征,对井水温同震优势方向成因和机理进行了深入研究,获得以下认识:①荣昌井水温同震-震后响应能力较好,对近震和远震均可记录到;该井水温同震响应由深及浅的顺序发生,响应持续时间随观测深度的增加而增加,响应幅度随观测深度的增加而减小,且该井水温同震-震后响应持续时间较同井水位的长;②自观测以来,荣昌井多层水温同震响应方向均为上升,说明单个井水温对不同地震的同震响应存在优势响应方向,水温的同震特征更依赖于井孔自身观测条件的影响;荣昌井水温同震响应优势方向上升可能是地震波的扰动造成井下深部气体释放,并沿裂隙上升进入井含水层系统而引起;③荣昌井水位-水温对中、远场地震的同震为同向上升正相关关系或振荡—上升,对近场地震的同震为水位下降—水温上升的反相关关系,可能是近场地震和中、远场地震引起的水位同震响应变化机制不一致所致;引起荣昌井水温同震变化的地震波能量密度e(r)＞10^-5J/m³,而引起荣昌井水温和水位同震反向变化的地震波能量密度e(r)＞1J/m³。     

西安钟楼台基受地铁运行振动响应的分析

以西安地铁2号线和6号线运营对钟楼台基的振动影响为背景,研究地铁运行振动作用下钟楼台基的动力响应规律。根据铁科院提供的可用于计算的列车荷载施加在轨道仰拱结构上,得到土层和台基中的振动响应。采用ABAQUS软件对地铁列车荷载作用下不同运行工况、不同加固方案下的隧道-加固桩-土体-台基体系进行了三维有限元计算,对西安地铁2号线和6号线在采取不同运行方式和加固措施下对台基的振动响应进行了计算和对比分析,从而得到各运行方式和加固措施下的振动效果。文中的研究方法为研究列车振动对邻近建筑的影响预测提供了重要参考。     

桥梁在役桩的竖向动力响应特性及损伤识别研究

基于ANSYS LS-DYNA建立桥梁的墩-承台-桩-土有限元显式动力学模型,模拟桥梁的桩基础在承台上表面施加冲击荷载后完整桩和有断裂缺陷桩的竖向速度响应,分六桩-承台和八桩-承台两种桩基础进行数值计算。结果表明：在所要检测的基桩对应的承台上表面施加冲击力,产生的应力波通过承台到达下方的基桩后沿桩身向下传播,类似于低应变反射波法测桩的原理,应力波在到达桩底桩土交界面或者断裂面等阻抗变化较大处会发生应力波反射,在桩头处的竖向速度响应波形曲线中能识别出反射回的应力波,进而判别桩是完整还是存在断裂损伤;数值计算同时记录承台表面的竖向速度响应,发现承台表面的竖向速度响应波形比桩头处的竖向速度响应波形由于应力波在桩承台界面的多次反射而更加复杂,难以准确判断反射波。     

基于泸定6.8级地震某二层混凝土框架结构损伤分析

2022年9月5日四川甘孜州泸定县发生6.8级地震,相关台站记录到水平向地震动峰值加速度达到891cm/s²,竖直向地震动峰值加速度为175cm/s²,地震造成严重人员伤亡和建筑物倒塌。为进一步了解本次地震对建筑物破坏作用,采用大型通用有限元软件SAUSG2022,对震中某二层钢筋混凝土框架结构进行弹塑性动力时程分析。结果表明,在泸定地震动作用下,该建筑物损伤严重,有倒塌风险,损伤部位与损伤程度与现场情况基本相符。而采用隔震技术后,分析结果表明在泸定地震动作用下建筑物损伤轻微。     

地铁交通对某实验楼的环境振动的模拟分析

在地铁隧道附近,对于环境振动要求较高的特殊建筑物和精密仪器,地铁列车走行时引起的振动影响不容忽视。基于动力反应分析理论,通过建立有限元模型,并以实际测得的列车走行时地铁和轻轨在路基附近的加速度波形作为振动输入,模拟分析了正在规划修建的北京地铁8号线开通后将对附近某实验大楼内仪器可能造成的振动影响,同时对实验楼附近地铁振动的衰减规律进行了初步分析,为实验楼和仪器台是否应采取避振措施提供了参考依据。     

Groundborne vibrations due to trains in tunnels

An analytical procedure is presented for determining groundborne vibrations in buildings due to subway trains. The procedure involves a finite element idealization of the subway-soil-structure interaction problem, using an analytical model for the train loading spectrum at the tunnel invert. Both direct fixation and floating slab track support systems are considered. The train model is verified using the measurements of rail velocities. The proposed procedure is applied to the case of a four-storey podium block enclosing twin double-box subways within the confines of its ribbed wall foundations. The severity of velocity response levels of the building, in relation to vibration standards, is also considered.     

某框架结构基础隔震地震反应对比分析

基于结构动力学原理和有限元基本理论,利用SAP2000有限元分析软件,以某框架结构基础隔震楼和与其相近的非隔震楼为研究对象分别建立分析模型,运用动力时程分析法对两种模型进行水平地震反应分析。结果表明:基础隔震楼的水平向地震反应远小于非隔震楼,其上部结构的自振周期明显大于非隔震楼,其层间剪力和基底剪力、楼层相对位移和加速度低于非隔震楼。总体来说,隔震支座可以显著降低水平向地震对于结构的不良反应,值得推广应用。     

Vertical acceleration demands on column lines of steel moment‐resisting frames

In this paper, vertical peak floor acceleration (PFA_v) demands on elastic multistory buildings are statistically evaluated using recorded ground motions. These demands are applicable to the assessment of nonstructural components that are rigid in the vertical direction and located at column lines or next to columns. Hence, PFA_v demands of the floor system away from column lines and their effects on nonstructural components are not addressed. This study is motivated by the questionable general assumption that typical buildings are considered to be relatively flexible in the horizontal (lateral) direction but relatively rigid in the vertical (longitudinal) direction. Consequently, only few papers address the evaluation of vertical component acceleration demands throughout a building, and there is no consensus on the relevance of vertical accelerations in buildings. The results presented in this study show that the vertical ground acceleration demands are amplified throughout the column line of a steel frame structure. This amplification is in many cases significant, depending on the vertical stiffness of the load‐bearing system, damping ratio, and the location of the nonstructural component in the building. From these outcomes it can be concluded that the perception of a rigid‐body response of the column lines in the vertical direction is highly questionable, and further research on this topic is required. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

桩承式高速铁路路基的地震反应特性研究

桩承式路基在我国高铁路基中广泛应用,因此,论文建立地震荷载作用下轨道-路基-地基三维数值计算模型,研究地震荷载作用下桩承式路基的地震反应特性,分析桩径、桩长、桩间距、桩身弹性模量等计算参数对路基地震反应的影响,并与自由式路基的地震反应对比。自由式路基地震反应特性表明,地震荷载作用下水平x方向钢轨振动位移幅值最大,是z方向的5倍,路基坡脚处振动位移幅值是基床表层的25.2倍,轨道、路基频谱曲线主频单一,且主频范围为2.5～7.5 Hz;与自由式路基相比,桩承式路基对轨道水平方向位移幅值、加速度幅值有增大作用,但减小了轨道竖向位移幅值、加速度幅值;对路基各结构层位移幅值、加速度幅值都有明显减小作用。综合考虑,桩承式路基抗震性能最佳桩径为0.8 m,最佳桩长为8～10 m,最佳桩间距为2 m,最佳桩弹性模量为20 GPa。     

高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型设计

为了提高高层建筑壁板结构的抗震性,需设计高层建筑在连续振动下的壁板结构失稳定BIM模型。应用软件:通过Revit塑造高层建筑模型和结构模型,结合SAP2000建模性能塑造高层建筑结构的有限元实体模型,实现高层建筑模型的转换,设计BIM模型的IFOD软件总体结构,实现BIM模型的智能化管理。参数:在BIM模型的基础上,分析了连续振动下高层建筑壁板结构风致响应,给出高层建筑壁板结构的平均风响应、脉动风响应,得出高层建筑壁板结构位移,实现了高层建筑在连续振动下的壁板结构稳定性分析。实验:实验结果说明,所设计BIM模型可对连续振动下的高层建筑加速度时程以及位移时程进行准确分析,且相比传统方法,本文方法对高层建筑在连续振动下的壁板结构是否失稳判断结果比较准确。     

城市轨道交通U型梁动力性能研究与实验验证

为探讨城市轨道交通U型梁车桥系统的动力响应,采用线性化轮轨模型建立了31个自由度的轮轨式车辆动力学模型.模型考虑了新型算法的横竖向轨道不平顺,以重庆市轨道交通一号线工程中梁山以西高架区间所采用标准跨径为30m的单线小U结构为对象,采用自编程序对机车车辆过桥时的车桥耦合振动进行了分析,并通过计算与实测结果的对比分析对所建...     

太和殿基座对上部结构抗震性能影响分析

故宫太和殿是中国古建筑的典型代表,其基座由台基和高台组成。为有效保护古建筑,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例,研究古建基座对上部结构抗震性能影响。基于太和殿基座、浮搁柱底、榫卯连接、斗拱等构造特征,建立两种有限元模型:不考虑基座/考虑基座。通过模态分析,研究基座对太和殿上部结构自振特性的影响;通过Ⅷ度常遇地震作用下的谱分析,研究基座对太和殿上部结构内力、变形分布及峰值的影响;通过Ⅷ度罕遇地震作用下的时程响应分析,研究基座对太和殿上部结构加速度和位移响应的影响。结果表明:考虑基座后,太和殿结构基频减小,主振型参与系数增大;Ⅷ度常遇地震作用下,太和殿结构木构架的变形及主应力峰值略有放大,墙体所受内力减小;Ⅷ度罕遇地震作用下,太和殿典型部位的木构架加速度、位移响应有不同程度放大。因此基座对太和殿上部结构动力放大作用不可忽略。