深季节冻土区列车行驶路基振动数值模拟研究

分析大庆深季节冻土区铁路路基的冬季现场加速度监测结果,获得了列车经过时铁路路基冻结地表振动加速度的时程特性及其衰减规律,并运用动力有限元方法进行了动力响应分析。研究结果表明：①随着列车行驶速度的增大,路基振动加速度亦增大,且重载货车振动响应大于高速客车;②列车行驶引起的路基振动加速度幅值,随着距线路中心距离的增加而迅速衰减;③应用有限元方法分析列车行驶路基振动特性是可行的。本文为研究深季节冻土区铁路路基振动特性提供了一种分析方法,对加深了解深季节冻土区铁路路基振动特性具有重要意义。     

高速铁路路堤中WIB减隔振效果研究

为研究高速铁路路堤中WIB(波阻板)的减隔振效果,构建了简易的铁路路堤原理性试验模型,获得了在WIB底面与路堤顶面垂直间距不同时、在路堤面上的简谐荷载作用下引起的振动波在模型表面的传播衰减规律,分析了铁路路基中WIB底面与路堤顶面垂直间距不同时的减隔振效果;构建了高速铁路路基三维动力数值仿真分析模型,并进行对比分析,验证了模型试验的合理性。结果表明:在高速铁路路堤的基床底层中设置WIB,越靠近路堤顶面,减隔振效果越好;在基床底层的顶面设置WIB的减隔振效果优于在基床表层设置WIB。     

重载列车荷载作用下雅丹边坡的动力响应分析

以新建青海省地方铁路鱼卡至一里坪线经过的雅丹地貌为研究对象,选择邻近已建铁路,对不同速度重载列车引起的地面振动进行现场实时测试,从频域和时域两方面分析振动加速度在雅丹场地中的衰减特性.通过地质勘察,建立雅丹边坡的振动分析模型,利用数值模拟分析存在软弱夹层的典型雅丹边坡在不同运行速度下的加速度和位移响应规律,并计算雅丹场...     

行车速度对桥路过渡段路基动应力的影响

通过对秦沈客运专线一路桥过渡段路基动应力的现场实测，得到了行车速度对无缝线路桥路过渡段路基动应力的影响特征，同时，定义了速度动力系数的概念，并得到了过渡段路基中速度动力系数变化规律。同时提出随行车速度的提高，必存在一个临界车速使得列车在通过路桥过渡段时，其动响应(动应力、动应变、动位移、振动加速度等)变化总趋势发生改变。研究结果对铁路客运专线过渡段的设计和施工有参考意义。     

风力发电机地基的现场加速度测试和数值模拟

对某风电场风力发电机地基进行现场加速度测试,在土动力性能室内试验的基础上利用有限元对风机基础—地基系统进行数值模拟。在地基加速度的峰值、衰减规律和频率上,现场测试与计算结果吻合较好,验证了动力数值分析模型及相关参数取值的合理性,为建立风机振动对周围环境影响的数值模型提供了依据。     

多年冻土区青藏铁路列车荷载作用下路基振动响应研究

针对多年冻土区青藏铁路列车荷载振动作用下的动稳定性,通过对北麓河和二道沟三个典型铁路路基横断面振动响应的二分量加速度观测,对比分析客运列车和货运列车引起的路基振动特性和衰减规律,研究不同防护形式路基的列车振动响应。结果表明,路基上的振动作用主要集中在40～80Hz频率范围内;防护形式对路基的列车动力响应有明显影响,热棒加碎石路基动力响应最小,其次为碎石防护路基,未采取任何防护的路基铁轨上的动力响应最大,建议对未采取防护的路基进行防护。分析结论为青藏铁路列车作用下的路基动稳定性评估提供实测依据,对多年冻土区的路基稳定性研究提供参考。     

高边坡在水平动荷载作用下的动力响应规律研究

高岩石边坡在水平动荷载作用下的动力响应规律是有关工程界十分关心的问题。本文通过大量的数值模拟分析对边坡的动力响应规律进行研究，发现了高岩石边坡在水平动荷载下动力响应的加速度、速度、位移三量放大系数等值线在边坡剖面上分布的规律性特点。对于一定的岩土体材料，当边坡高度在一定时，边坡动力响应的加速度、速度、位移三量会随着边坡角度的增大而减小；当边坡的角度一定时，边坡动力响应的加速度、速度、位移三量会随着边坡高度的增加而放大；边坡的下覆岩层的材料特性对于边坡的动力响应的加速度、速度、位移三量的放大作用的影响具有一定的规律性；边坡动力响应的加速度、速度二量受动荷载的特征周期影响较位移明显，具有一定的规律性。边坡的边缘部位对振动的反应幅值较之内部存在放大现象，坡度决定了三量分布的等值线方向的走向。其结论性成果体现了高岩石边坡的地震动力响应特征，为高边坡工程提供理论基础和实践依据。     

无砟轨道路基列车动载激励及动力响应三维数值模拟

针对高速铁路列车荷载激励输入特性及无砟轨道路基在动载作用下的动力响应问题,建立了轨道—路基三维有限元数值模型,确立了单元结构类型、路基本构模型及结构材料参数的选取方法及依据。根据列车荷载分布特点及其激励输入特性,采用2车厢8轮对车辆离散模型,通过Fourier变换获得了相邻车厢两个转向架通过轨道时轨下扣件点的反力时程曲线,在此基础上利用实测数据验证了模型的合理性和适用性。以运行速度300 km/h,轴重为170 kN的高速列车为例,分别计算CRTSⅡ型板式无砟轨道路基及双块式无砟轨道路基的竖向动应力、竖向动位移及动加速度,揭示上述响应规律与轨道路基结构之间的相关性。     

既有线200km／h提速客货共线直线段轨道的动力特性

既有线提速是高速铁路发展的重要方向之一。本文主要对轨道路基在列车荷载作用下的动力响应规律进行了研究。首先,建立轨道系统在移动荷载作用下的动力响应理论分析模型,该模型将轨道结构视为连续支承欧拉梁,对ANSYS软件进行二次开发,实现了模型的数值分析;然后,建立直线段轨道数值分析模型,利用该模型分析了荷载速度、载重、不平顺波长、不平顺波深对既有线路提速200km／h客货共线直线段钢轨、轨枕的竖向位移及竖向加速度的影响。可为制定新的铁路养护技术规范提供技术参考。     

场地条件对高速铁路地基土振动影响的研究

发展高速铁路是解决城市间交通问题的有效途径,但其所产生的振动和噪声引起的环境问题,对铁路沿线居民及周围建筑等造成不利影响。在对高速铁路引起的振动问题进行的研究中,关于高速列车引起的地基土振动随深度变化的相对较少。因此,本文针对Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地条件下的路堤式和高架桥式高速铁路,对0—5m不同深度处地基土的振动加速度响应进行了现场测试,并以测试数据为基础,分析了不同场地条件下高速列车引起的地基土振动加速度响应随深度的变化规律。结果表明,不同场地条件下,高速列车引起的振动加速度响应随深度的变化规律具有显著差异;Ⅱ类和Ⅲ类场地条件下,高速列车引起的地基土振动加速度响应总体随深度的增加而逐渐减小,并呈先快后慢的衰减趋势;而Ⅳ类场地条件下,高速列车引起的地基土振动加速度响应随深度的增加呈现先减小后放大的趋势,在深3m处加速度达到最大值。高速列车运行引起的振动频带随深度的变化特征与场地相关。     

Vibration characterization of fully-closed high speed railway subgrade through frequency: Sweeping test

This paper presents the vibration characteristics of a new type fully-closed railway subgrade (FCRS) through field frequency – sweeping test. The FCRS, which uses semi-grid modified cement-based compound material as waterproof layer, is designed to solve serious subgrade damage problems induced by expansive soil. Dynamic stress sensors and accelerometers were installed at various locations in FCRS to monitor dynamic response. The results show that the attenuation regularities of dynamic stress and acceleration along subgrade depth were significantly affected by excitation frequency and semi-grid waterproof layer. The pronounced frequency of FCRS investigated in this paper was gently influenced by its layer system, and gradually changed from 20 Hz to 22 Hz as depth increased.     

不同循环荷载作用下软黏土动力特性对比试验研究

研究交通循环荷载作用下路基软黏土的长期沉降和动力力学性质对路基设计具有重要意义。本文通过GDS动三轴实验,研究(不排水条件下)振动波形、排水条件以及动应力比三因素对于软黏土动应变和动孔压的影响。试验结果显示:排水条件对饱和软黏土的动应变和动孔压影响最大,在部分排水条件下动孔压逐渐消散,动应变迅速发展。振动波形对软黏土动应变和动孔压影响较大,单向纯压半正弦波作用下软黏土的动应变和动孔压较容易达到最大值。在较少的振次内动应力比对孔压影响较大,但在归一化的孔压模型中,动应力比对孔压影响较小。通过以上分析,本文建立包含循环振次和纯压因素的孔压增长模型。     

强夯振动衰减规律及其对建筑安全性的影响

依托工程实例,对粉土场地强夯加固振动衰减规律及其对建筑物的影响开展试验研究,探讨了振动加速度与强夯能量、传播距离之间的关系,建立了2种能级夯击振动加速度衰减公式;提出了建筑物最小安全距离的确定方法及减轻强夯振动影响的工程措施。结果表明:强夯振动加速度峰值近似按指数函数衰减,且强夯能量越大,振动衰减速度越快;夯击振动卓越频率为8—10Hz,振源距对振动卓越频率影响不大;振源距达到50m时,2种能级的强夯振动对建筑物影响均可忽略不计。     

移动荷载下高速铁路轨道-路基的动位移分析

建立精细化的足尺轨道-路基-地基耦合系统非线性数值分析模型,考虑岩土材料的非线性应力-应变关系、路基填筑完成后的静应力状态对其后动力计算的影响、底座板底面与路基基床表层表面之间的动力相互作用,模拟轨道与路基系统的建造过程和与8辆编组动车组轮对相对应的荷载以350 km/h的速度的移动过程。结果显示,以实体单元模拟钢轨能获得更符合事实的钢轨空间振动响应,比采用梁单元更具优势;路基各层底面的动位移具有随时间和空间变化的特征;沿路基断面横向,不同时刻的竖向动位移在轨道板宽度范围内的最大波动值约0.04 mm,可认为均匀分布;沿深度方向,竖向动位移在不同时刻的分布相似,按照指数函数衰减,最大值约为0.8 mm,小于我国高速铁路3.5 mm的控制标准;沿线路纵向,竖向动位移峰值出现的位置与该时刻移动荷载所处的空间位置对应,在同一深度条件下,不同时刻的竖向动位移分布形态相似;基床底层底面以上,同一转向架上前后轮对对应的荷载引起的竖向动位移具有可观的叠加效应。     

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。     

强夯振动加速度的量测及现场试验研究

结合延安新区强夯加固地基工程,进行强夯振动加速度测试现场试验。选取填方区场地,结合地形设计监测方案,以测试强夯波沿水平方向和斜坡的传播规律。在选定试验段的某级填方场地上布置多组加速度传感器,运用多个8通道24位高速采集卡记录强夯振动加速度在平面和斜坡的传播和衰减过程,探讨强夯振动波沿水平面和斜坡的传播规律以及能级对振动加速度的影响。结果表明:径向和竖向加速度值均随与夯点距离的增大而减小;在与夯击点距离相同处,强夯振动波沿水平方向传播的径向和竖向加速度值要大于沿斜坡方向;随着能级的增大,强夯产生的夯击波增强,在与夯击点相同距离处产生的径向和竖向加速度均明显增大。     

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。     

无砟轨动车组运行激励场地振动谱分析

为研究CRH2动车组在无砟轨道段运行引起的场地加速度振动的频谱特性,本文对我国首条无砟轨道段(渝遂铁路二岩隧道—湾里头隧道段)动车组运行时的场地振动进行了现场实测;对实测竖向振动加速度时程进行1/3倍频谱分析表明:地面竖向振动加速度随着与振源距离的增大而明显衰减,随车速增大场地振动强度增强;应用正交HHT变换,对加速度时程进行了Hilbert谱分析,获得了地面竖向振动加速度的主频为10~120Hz、振动传播高频成分衰减较快等频谱特性;最后,将Hilbert边际谱与傅里叶谱进行了对比分析,得到了两种方法分析振动信号频谱特性表现出的差异性。