结合型式对地铁车站上盖物业的振动响应影响

为研究地铁振动对不同结合类型地铁车站及其上方的动力反应影响,基于地铁车站与上盖物业连接型式的主要承载区别,提出“软结合”“硬结合Ⅰ”“硬结合Ⅱ”3种结合型式;然后,采用车-轨耦合模型得到列车荷载谱,利用有限差分软件FLAC^(3D)建立地铁车站-上盖物业数值仿真模型,并与实测数据进行对比,验证数值仿真模型与参数的正确性;最后,基于数值仿真,从时域、频域出发,研究3种结合型式下上盖物业的振动响应.研究结果表明:软结合型式下站厅层到上盖物业一层加速度峰值减小69.10%,硬结合Ⅰ型减小2.08%,硬结合Ⅱ型增大2.94%,硬结合型式下上盖物业振动加速度较软结合型式大;3种结合型式下上盖物业振动的频率主要在40~90 Hz,且对于上盖物业同一楼层,振动随距振源距离的增大而逐渐减小;软结合型式下上盖物业一层加速度级最大值为68.2 dB,较站厅层减小11.3 dB;硬结合Ⅰ型、硬结合Ⅱ型的上盖物业加速度级最大值分别为83.4、79.4 dB;地铁振动造成上盖物业附加第一主应力很小,且在向上传播过程中衰减很快;从站厅层到上盖物业,软结合型式第一主应力衰减85.81%,硬结合Ⅰ、Ⅱ型式分别衰减63.46%、72.27%,间隔土对附加应力有明显衰减作用.在地铁实际建设工程中建议选用软结合型式.

基于结构振动响应的长型浮置板轨道隔振器失效检测方法

目前钢弹簧浮置板轨道的隔振器失效判别主要依赖于人工巡检或视觉成像系统,但此类方法效率低、检测滞后且成本高昂。本文提出了一种自动化的检测方法,该方法利用残差学习思想和卷积神经网络基本理论构建数据分类器,并通过列车动荷载作用下的结构动力响应对现役某常见的长型浮置板轨道进行隔振器失效的检测识别。首先,基于车-轨垂向耦合动力学建立考虑隔振器不同服役状态的地铁车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学仿真分析模型,进而生成多种运营工况下的数据集,用于网络的训练和性能测试;其次,进一步研究了传感器布置方式对网络检测性能的影响,以决定适宜的传感器布置方案;最后,在实际地铁线路中开展试验,对所提出的方法进行了验证。结果表明:通过对传感器布置位置进行优化,深度残差网络模型的检测准确性显著提升;合理设置传感器的数量也可以提高本文方法的检测性能;此外,通过适当选取传感器布置方案,本文提出的基于深度残差网络的隔振器失效检测方法在仿真数据中实现了98.99%的准确度,并在试验数据中实现了96.33%的准确度。该方法具有较高的可行性和应用潜力,可为地铁浮置板隔振器智能运维提供参考,并有望在未来用于隔振器失效的自动化检测。

基于MTMD的管道振动倍频响应减振研究

大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果,而采用多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)时,受现场条件限制,又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究.首先,开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究,发现管道振动频率存在明显的倍数关系,即倍频现象.其次,建立局部管道有限元模型,分析管道动力特性,提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后,考虑化工管道现场安装条件的限制,研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响.数值研究结果表明,安装MTMD可有效减小管道振动响应.

PE管道的爆破振动响应规律及灰色关联度分析

为了降低隧道爆破施工对既有埋地PE管道造成的振动危害,有必要在施工前了解影响管道振动效应的各种因素。根据现场实测数据,采用MIDAS GTS NX软件建立岩土体-隧道-PE管道三维数值模型,并将现场监测结果和数值模拟结果进行对比分析,验证数值模型的可靠性。分析得出:爆破振动作用下土体弹性模量、泊松比和管径的增加会使管道的最大振速增大;因为地表自由面叠加作用的原因,管道埋深的增加使管道最大振速先减小后增大。运用灰色关联度理论,确定了4种不同因素对管道振动效应的影响程度,主次关系为:土体弹性模量>管道埋深>土体泊松比>管道直径。准确地了解各因素对管道振动的影响程度能够更好的对隧道爆破施工时PE管道的安全性进行评估,为工程实际施工提供参考。

地铁上盖建筑振动响应预测及舒适度分析——以南京地铁1号线停车维修库综合体上盖住宅项目为例

对南京市地铁1号线车库段上部待建住宅楼进行研究,探讨地铁上盖建筑受地铁出入库振动的影响。通过现场测试与数值模拟,预测不同工况下待建建筑的振动响应以及室内振动加速度限值范围。模拟结果表明,采用底部加速度法将所测轨道、混凝土柱的振动输入计算模型中,可以获得待建建筑三向位移变化,并进行结构易损部位及预警分析,判断建筑安全性。通过模拟8种工况,计算得到1~80 Hz频率范围内各建筑楼板1/3倍频程中心频率下的加速度响应有效值和加速度振级,获取了住宅舒适度影响较大区域的具体坐标。研究成果对结构减振及舒适度提升具有参考意义。

地基和基础对建筑物地铁振动响应影响的研究

随着我国地铁建设的飞速发展和城市用地日益紧缺,建筑物与地铁线路的距离越来越近。对于临近地铁的新建建筑,在设计阶段对于建筑结构开展抑制地铁振动的优化设计渐趋必要。以某临近地铁的待建建筑物为研究对象,采用数值仿真方法,对不同基础形式(桩筏基础和筏板基础)及不同地基类型(非挤土地基和挤土地基)建筑物的地铁振动响应进行对比分析,结果表明:桩筏基础抑制地铁振动的能力略优于筏板基础,基础形式变化对建筑物室外振动的影响不显著,且不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,基础形式不同使建筑室内振动分布发生变化,但变化的规律性不显著;非挤土地基抑制地铁振动的能力明显优于挤土地基,地基类型变化亦不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,但对建筑室外和室内振动响应的影响都较为显著。

基于时变啮合刚度的多剥落齿轮振动响应分析

为了探究多剥落齿轮系统中振动响应的演变规律,融合时变啮合刚度构建了多剥落齿轮动力学模型。首先,融合修正的能量法和单/双齿对啮合角位移计算方法,建立多剥落齿轮啮合刚度模型;其次,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和初始压力角等因素,构建6自由度多剥落齿轮动力学模型,并从仿真、理论和实验维度开展模型有效性分析;最后,基于所构建的模型,研究齿根、节线和齿顶位置同时发生剥落时,剥落尺寸变化对啮合刚度影响,获得多剥落齿轮振动响应的演变过程。研究结果表明,所构建模型与理论及实验误差小于0.5%,并得到了齿根、节线和齿顶位置剥落的啮合刚度及振动响应的演变规律,随着剥落宽度的扩展,节线附近振动幅值增大显著;随着剥落深度的增加,齿顶位置受到的振动冲击更为强烈;而随着剥落长度的增加,剥落的波及范围扩大。所得结论为齿轮系统的健康监测和早期故障诊断提供了理论指导。

岩体临空面块体振动响应规律研究

结构面是控制岩体工程局部稳定的关键因素之一,查明结构面赋存及组合状态是岩体稳定性分析的前提条件,目前常采用地质调察的方法,由于勘察手段的局限性,存在遗漏时常需要补充勘察,成本耗费高。通过开展室内试验,对结构面模型的表面振动响应规律进行了研究,研究表明:对于单结构面模型,结构面前方的质点振幅存在增幅效应,对于由两条结构面切割的块体模型,仅在远离动力输入侧的结构面前方存在振幅放大效应。在试验成果的基础上开展了数值模拟分析,分别对不同结构面倾角的岩体模型进行计算,结果表明:相对于萨道夫斯基经验公式得到的振动衰减规律,当结构面与爆源方向地面夹角θ值小于90°时,结构面前方的振动波入射区域质点振幅存在明显放大效应,结构面后方质点振动幅值则显著衰减。随着结构面与边界面夹角θ的减小,结构面前质点峰值振速增幅率逐渐增大,并在θ=20°时波幅放大2.8倍。通过合理布置爆破振动监测测点,这一规律为爆破工程中识别结构面及块体提供判据。

中低速磁浮圆曲线钢箱梁桥车致振动响应研究

随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明:受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10~20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30~40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50~70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s^(2)的限值,且最高达到2.2 m/s^(2);在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s^(2)的限值,且最高达到4.0 m/s^(2);车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降低弯扭耦合作用影响,当板厚由10 mm增至40 mm时,一阶横弯及扭转频率对应振幅分别减小94.3%、98.7%。

基于随机行走模型的行人实感振动响应分析

针对人群荷载随机性对行人振动感知的影响,研究随机行走模型中行人感知振动响应动态变化规律.首先,基于随机人群行走模型,建立了考虑行人实感的竖向振动响应分析方法 .然后,对比分析不同随机行走模型下行人实感最大振动响应、出现时刻以及位置区间上的变化规律.最后,通过研究行人实感最大振动响应与结构跨中峰值加速度之间的相关关系,定义振动响应折减系数和变异系数,提出行人实感最大振动响应的近似计算方法 .研究结果表明:有序排列模型(Ordered Arrangement Model,OAM)、随机到达模型(Stochastic Arrival Model,SAM)、随机分布模型(Stochastic Distribution Mode, SDM)、动态平衡模型(Dynamic Equilibrium Model, DEM)4种人群行走模型下,行人实感的最大加速度响应服从近似的正态分布,OAM的值域范围大于其他3类模型;最大响应出现位置以及出现时刻取决于行人的行走方式,随人群密度增长无明显变化;OAM与SAM分布规律相同,出现时刻主要集中在总时程内的中间段,而SDM与DEM分布相对均匀;行人实感的最大响应计算值与实际值最大误差不超过5%.

车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明:车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。

基于振动响应分析的海底管道悬空内检测研究

铺设于海床中的海底管道常因洋流冲刷、船舶锚拽等自然或人为因素而处于悬空状态,易造成管道变形、腐蚀、损伤和开裂泄漏等问题,严重影响管线安全。针对DN200海底管道的悬空内检测,设计了一种内检测机器人并对其进行了动力学分析。同时,联合ANSYS与ADAMS软件建立了柔性管道-土耦合模型,开展了悬空管道内检测仿真分析。采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对内检测机器人在复杂激励耦合条件下的振动响应信号进行处理,通过分析机器人的振动加速度实现了对悬空管段的有效识别。研究结果为油气管道悬空内检测提供了新思路。

偏心故障齿轮系统内部动力激励及振动响应研究

以山区曲线半径较小的城市轨道交通传动齿轮系统为例,提出一种计算偏心故障时齿轮系统内部动力激励的方法。首先,建立含偏心故障的齿轮几何模型,以螺距点为边界将偏心故障下的斜齿轮副接触线分成两段,计算齿轮副的摩擦激振力,得到齿轮副偏心故障对摩擦激励的影响规律。其次,建立偏心故障齿轮系统的多自由度集中质量动力学模型,得到齿轮系统的动态啮合力。最后,以动态啮合力为内部动力激励,采用模态叠加法研究齿轮系统的振动特性,并对计算结果和实验结果进行对比分析。结果表明,仿真结果与实验结果吻合较好,偏心故障动态响应的频域分量与试验结果的关系更为密切,研究结果可为齿轮系统偏心故障的早期监测提供理论依据。

基于改进半正弦模型的人致振动响应

为研究跳跃荷载对结构振动的影响,首先,提出了改进半正弦模型,建议了人群跳跃荷载模型特征参数;然后,推导了单人跳跃荷载作用下简支梁动力响应解析解;最后,以荆州市万达金街人行天桥为例,对比了跳跃荷载作用下结构加速度响应试验值与数值解,验证了改进半正弦模型的适用性。研究结果表明:改进半正弦模型计算值与实测值的最大误差为2.8%,半正弦模型和半正弦平方模型的相应最大误差分别为23.4%和7.1%;跳跃频率为2.3 Hz时,跳跃荷载频率与结构的一阶自振频率接近,导致结构产生共振;在中高频段,改进半正弦模型响应结果与实测值更为接近;该类结果对跳跃荷载精确模拟具有参考借鉴意义。

车轮多边形激励下机车轴箱振动响应仿真分析

车轮多边形磨耗会影响轮轨系统零部件疲劳寿命和车辆乘坐舒适性,甚至威胁列车运行安全性。为研究车轮多边形激励下机车轴箱振动响应规律,文章联合多体动力学软件和有限元软件建立了考虑构架、轮对、轨枕、钢轨柔性的机车-轨道刚柔耦合动力学模型,采用实测机车轴箱振动加速度结果对模型进行验证,并研究了理想谐波和典型实测不规则车轮多边形对机车振动响应的影响。结果表明,当车轮多边形通过频率靠近轮轨P2共振频率或轮对固有模态频率时,会引起轴箱振动加速度幅值激增。轴箱振动加速度大小与车轮多边形阶次之间并不呈线性相关关系,而与多边形波深呈正相关关系。在实测不规则车轮多边形激励下,轴箱振动加速度的规律主要由车轮多边形的主导阶次决定。

波浪荷载对海上风电筒型基础结构振动响应的影响

以混凝土弧线段为过渡段的宽浅式筒型基础所受的波浪荷载较大,易对整个海上风电结构体系的振动响应产生影响。针对某海上风电筒型基础结构,文章基于现场实测数据构建了整机有限元模型,通过数值模拟方法分析波浪荷载对海上风电筒型基础结构塔筒顶部振动响应的影响。结果表明:在风机运行过程中,由风荷载所引起的塔筒顶部的振动响应较波浪荷载所引起的响应要大;在浪高较小工况下,相较风荷载,波浪荷载的影响可以忽略;波浪荷载对风机塔筒顶部振动响应的影响随着外界风速及浪高的增大而增大,其对塔筒顶部振动位移响应的影响比振动加速度大。

基于约束力的轨道车辆空调结构振动响应预测

[目的]空调机组作为车辆舒适性调节的重要装备,其在正常制冷运转时,压缩机和风机会产生振动,而过大的振动会引起车辆内部结构振动和噪声,进而影响人们乘坐的舒适性,因此需研究轨道车辆空调结构振动的响应问题。[方法]基于约束力理论建立相关模型;通过有限元仿真对车辆空调设计阶段可能引起的结构振动及噪声进行预测,并测试了降低车辆空调组装完成后的振动和噪声的各种工况。[结果及结论]通过仿真方法可以有效地预测空调机组在压缩机和风机激励下结构振动响应,减少空调机组装车后的车内振动问题。

基于振动响应的钢筋桁架叠合板的舒适度研究

为了研究应用于住宅楼楼板的钢筋桁架叠合板的振动舒适度问题,通过试验研究了整体式连接钢筋桁架叠合板在人致激励荷载作用下的振动响应。试验设计了单人行走、3人不同步行走和3人同步行走3个荷载激励,并对单人行走荷载设计了纵向行走、横向行走和对角线行走3条路径,研究分析叠合板在不同人致激励下和行走路径的振动响应;同时建立叠合板精细化有限元模型,分析板底保护层厚度、桁架高度、混凝土与钢筋密度比和模量比对叠合板自振频率的影响。结果表明:人致激励下的峰值加速度沿层高的增大而增大,荷载工况的峰值加速度由大到小依次为3人同步行走、3人不同步行走、单人行走,单人行走下峰值加速度与行走路径无关;叠合板自振频率随板底保护层厚度的增大而减小,在桁架钢筋高度为80 mm达到最大,与混凝土和钢筋密度比成反比,与混凝土和钢筋模量比成正比。

高速铁路声屏障气动荷载及结构振动响应特性

高速铁路声屏障是铁路噪声控制的常用措施,但声屏障距离线路中心较近,在列车动力作用下会产生振动响应。列车风作用在声屏障表面形成的气动荷载和轮轨接触力产生的钢轨振动会传递到声屏障基础,是导致声屏障结构产生风致振动与轮轨激励振动的主要振源。通过开展声屏障列车气动荷载及振动响应的测试及仿真计算,获得不同工况下声屏障气动荷载及振动响应特性。结果表明:动车组以350 km/h运行时,比300 km/h运行时声屏障气动荷载和振动响应大40%;同一速度级下,路基声屏障立柱的顶端位移比桥梁声屏障顶端大40%~50%,而桥梁声屏障单元板动位移比路基声屏障大20%~30%;轮轨激励振动直接影响了声屏障振动响应,在传递过程中呈有规律衰减的趋势;列车风压与自然横风组合作用时,声屏障立柱的动变形及动应力呈现明显增大的趋势。

层状非饱和土中端承桩竖向土体振动响应研究

目的 研究层状非饱和土中端承桩竖向土体振动响应。方法 分别制作一个层状非饱和土的模型箱与端承桩的模型桩,分析层状非饱和土中端承桩竖向土体振动响应。结果 随着非饱和土饱和度的增加,端承桩桩顶的位移频响逐渐增大、动刚度频响逐渐减小、动阻尼比频响逐渐增大;随着层状土上下土层厚度比的减小,端承桩桩顶的位移频响逐渐增大、动刚度频响逐渐减小、动阻尼比频响逐渐增大。结论 层状非饱和土的饱和度越小、上下土层厚度比越大,越有利于降低端承桩竖向土体振动响应。