试验振动分析
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金博宝
体积18日,数量 8,2017
试验振动分析
货号 803
数量的页面(年代) 11
DOI https://doi。org/10。1051 /台面式晶体管/ 2017043
网上发布 2018年3月21日

©AFM,电子数据处理科学2017

1介绍

铁路网络代表一个有趣的模态转移,他们大大缓解交通拥堵和污染。然而,铁路有一些缺点,尤其是噪音和振动问题。取得了相当大的努力以减少生成的车辆的振动,提高乘客的舒适,但是地面振动问题也必须解决(1]。在越来越多的情况下,建筑物的振动对结构损伤的影响和对人们在建筑不再被忽视(2]。指出在[3.),大型金融支持是需要解决振动问题在国家网络(e。g。12亿欧元是必要的为减少振动超标的瑞士国家铁路)。铁路振动面临一个金博宝主要问题是,全球铁路基础设施持续增长(4]。因此,许多环境问题有效,金博宝包括ground-borne振动在城市地区,和广泛的努力需要放置在准确预测振动水平和理解人类感知的振动5]。。

大量的研究已开展railway-induced地面振动,关注高铁对环境的影响。这是出于一种物理现象,出现在地面车辆速度接近瑞利波速度(超临界现象)。后者取决于土壤的灵活性和可能接近传统的高铁线路的车辆速度(6]。尽管大型振动水平所产生的这些线式的软土,的距离d跟踪和邻近结构之间的相对较大,振动迅速变弱。在铁路交通的情况下,衰减与幂律相关联的表单d,在哪里位于0之间。5和1。1,根据土壤的配置(7]。在城市地区,局部缺陷构成铁路动态激励的一个重要来源,引起不同的衰减规律,耦合的土壤介质相对异构的和复杂的。此外,的存在局部缺陷诱发局部振动升高(动态效果)8]。最近,一些具体的研究集中在车辆的影响(RIVAS项目(9),CarboVibes项目(10])。然而,很明显,城市还没有深入研究,尽管更多收到投诉在城市地区比其他列车网络。最具挑战性的方面是开发预测模型或工具处理这些区域,因为有明显缺乏研究分析局部缺陷的影响(e。g。开关,铁路关节,等。在城市环境的地面振动。。

这种消极的环境的副作用主要铁路主要分为两种类型,周边地区的地面振动引起的rails培训通道和产生的噪音在轨道上滚动的车轮。最近突破集中在车辆之间的相互作用及其附近通过考虑和分析轨道上的列车动力学的影响和土壤反应(11]。在铁路网络设计的早期阶段,振动常常是评估使用实证方法等详细的振动联邦铁路管理局的评估过程。年代。运输部(12]或实证Crispino提出的计算方法和D 'Apuzzo遗产建筑(13]。大规模的评价方法也感兴趣的,提供一个快速的方法来评估缓解措施的实施和验证建筑文化遗产保护(14]。重载铁路网络引起的经济损失,因为现有的线路无法承受一定的交通负荷和流量越多越rails穿下来(15]。新的替换现有的轨迹,它将能够携带所需的交通负荷,一般不被认为是由于经济原因。相反,老,更足以减少火车产生的冲击力。Vogiatzis和Kouroussis研究了浮置板轨道跟踪解决方案,然后评估在交叉的位置确保一个完整的ground-borne振动衰减(16]。混合方法,结合实验和数值数据,提供了一种有效的方式提供一个通用的工具,忠实地预测在城市情况下车辆/轨道交互。Auersch提出结合数字地面波模型与实验一个现实的预测力谱railway-induced地面振动的17]。Verbraken et al。计算地面振动分析使用武力密度和实验线转移的机动性,描述振动的转移,包括当地的地质对波传播的影响(18]。其他范围方法也可以使用神经网络方法耦合数值模型,预测振动水平速度的分贝,考虑土壤属性和多层地层(19,,20.]。。

传统的主要激励源和货运列车轮轨接触和它与单一的缺陷部分。轮公寓,铁路关节或票数是当地最常见的缺陷之一。公寓主要是火车时产生剧烈使用制动系统和铁路车轮幻灯片。铁路关节和到场人数是单数铁路缺陷不可避免由于铁路网络设计和城市地区经常遇到。这种缺陷引发的周期性输入力量训练和跟踪(21]。铁路地方违规ground-borne振动的增长来源和相关的地面振动水平高度敏感的缺陷高度,长度和形状(22]。。

本文的目的是评估的ground-borne振动被邻居居住靠近线。主要的创意在于使用原位测试只是为了比较每个研究站点的动态放大。点和线源荷载的基本假设进行了探讨。然后有一个大致的实验测定的跟踪和土壤之间转移的机动性,包括测量技术和过程,是给定的。在下一节中,振动测量数据的审查和收集的电车布鲁塞尔和雅典的地铁。研究结果将是为了算出一些有用的结论。。

2问题陈述

铁路附近的地面振动是由动态训练负荷,这取决于铁路车辆之间的相互作用的本质和跟踪。在沿着轨道分布的违规行为,造成的振动主要是静态轨迹偏转,与放大由于车轮和轨道之间的动态交互。由于轨道沿着方向不变x,假设轮副的影响j跟踪/土壤系统被定义为(1)在哪里fk力作用在吗k在每个距离th卧铺接口l定期间隔睡眠。由此产生的振动在几个距离跟踪结果的总和每个力的影响fk在社区(无花果。1),通常被称为线源振动。在实践中,睡眠的力量作用于远离受体有一个微不足道的影响产生的振动水平,所以当方程(1)就在实践中(2)这就排除了力量的影响外最近的一个预定义的距离范围(数值模拟表明,有限的跟踪50 - 60米长度的一部分提供了令人满意的结果(23,,24])。。

在当地的一个缺陷,铁路附近的地面振动的原因是铁路车辆和轨道之间的相互作用当火车运行在一个不规则的轮或跟踪。尽管奇异轮表面缺陷的情况下特定的(如轮公寓诱导一系列的周期影响的动态激励和一个强大的轮轨耦合是必要的(8]),铁路上的其他奇异的缺陷可以被看作是一个动态的激励在轮轨接触点缺陷(无花果。1 b)。此外,如果车辆列车速度很低(轻型运输车辆,像有轨电车或地铁,特点是低速度和相对高密度的奇异钢轨表面缺陷),动态跟踪偏差主要贡献地波代(25),它是相对合理的考虑单一力量作用于轮轨接触点缺陷铁路振动作为唯一的原因。因此,,(3)代表力作用在轮副时轮轨界面j在接触当地的缺陷。注意,激发的位置可能在不同的方程(1)(3)。。

这些振动的准确预测可以由几个数值模型,对高速列车26- - - - - -28城市网络[]或29- - - - - -31]。然而,大量计算时间需要一个完整的车辆/跟踪/土壤模拟和绝大部分车辆,跟踪和土壤参数是必要的。一个范围的过程可以在某些情况下,比这项技术由纳尔逊和Saurenman[32]预测地面铁路车辆噪声和振动造成的负担。这个工具的主要焦点是ground-borne估计6之间的噪音和振动。3和200赫兹在居民区附近级和地铁轨道。问题是降低估算地表振动的帮助下转移流动,作为频率的函数定义f,,(4)获得的叠加l点转移的机动性ij在几个点j(j:1↦l)铁路、间隔的距离d,并研究受体反应x,和力密度lF从测试获得(12)或数值计算(33]。由此产生的振动计算距离y从跟踪预测振动速度的水平(5)通常在1/3倍频程带(为简单起见目的)。。

这种方法的基础是一个源的测量各点之间传输移动功能在一个系统。这个函数,正如其名,两点之间传输动态特性−土壤系统的速度响应X(f)和力Fj(f)作用在土壤表面−和产量动态信息在频域(34]。单一来源转移流动性是理论上所定义的(6)

关于上述railway-induced地面振动问题,可以了解到更多的数量点转移的机动性是很重要的,方程的计算表达式(4)可以评估分布式违规问题的追踪和/或高速列车的影响(理想情况下,,=ld=l)。然而,如果这项研究致力于低速度和局部缺陷的动态效果,一点转移流动(或少量的点转移的机动性)仍足以评估振动地面波传播的影响。第二个病例是真正适用于城市环境。。

缩略图 无花果。1

设置为振动传播测试:a)对分布式源和b)为当地的激励源。。

3实验装置

为了生成转移流动的功能ij两点之间j,同时分析必须进行数据信号代表输入的力应用于一个点j系统和系统响应的运动测量在不同的点 (7)激励的自谱在哪里和互谱激励和响应被定义为(8) (9)

此外,输出和输入之间的因果线性关系可以相干函数反映了身体,定义为(10)介入响应的自谱在哪里

,需要谨慎地考虑噪声和漏在傅里叶变换,因为可怜的一致性表明贫穷的信噪比,测量错误,结构的非线性或时变行为,或它们的组合。根据测量的类型用于检测运动响应,土壤速度响应X(f)不得计算一阶导数或一个集成。强大的信号处理技术因此需要避免与积分常数相关的非现实的信号或固有的导数梯度原始噪声信号和采样率。。

3.2 Excitators

强迫函数可以通过各种方法适用于结构。来激发结构的一个常见的方法是使用一个大锤或冲击器。。

一个动态脉冲与嵌入式力传感器是一种有效的excitator锤,易于使用和非常便携。然而它必须激发结构与恒力在感兴趣的频率范围。此外,锤的重量和数量的影响需要来自运营商的物理需求和一系列可靠的影响可能没有必要获得34]。。

另一种方法是使用机械励磁机的形式落锤撞击器。在目前的工作,一个质量下降机(无花果。2)是致力于一些测试,便携性并不是一个必要的约束。它由一个钢框架作为指导支持质量下降。后者是由几个12重质量。5公斤每一个和一个弹性体支持允许过滤所需的频率范围。的总质量可达52公斤,从1的最大高度。5米。使用机械绞车的处理会使您更容易、安全带扣提高质量作为执行机构。加速度计将被放置的质量,测量质量加速度(和激发力乘以加速度测量的质量)。一个简短的分析计算证明,名义高度1米,是2的预期持续时间的影响。2女士200 g的最大加速度(对应于最大的10吨),覆盖100赫兹频率范围。。

第二个励磁装置的优点不仅校准力脉冲应用到铁路也不变形状和频率内容之一,见图3演示激发的可重复性。为了避免大规模反弹的有害影响,专用信号职能被应用到测量的痕迹,矩形和指数窗口或同态滤波35),删除无用的部分信号。。

缩略图 无花果。2

机器质量下降。。

缩略图 无花果。3.

10的例子测量冲击力和样品质量下降的机器。。

3.3受体

一些加速器和/或铁板可以放置沿着垂直于轨道,测量垂直土壤响应(无花果。4)。的距离跟踪标识从最近的铁路的边缘。第一个加速度计可以放置接近轨道(电车网站优势)和其他在遥远的兴趣点(敏感的建筑,基金会的住所,等。)。如果传感器的数量是足够的,地面振动的衰减与距离可以计算以及衰减的频率内容(土壤过滤)和散射的影响土壤异质性。。

缩略图 无花果。4

实验装置和位置的传感器。。

4例1:在布鲁塞尔的电车网络收集的数据

实验数据从共有14个测试地点,指定从网站1网站14日在欧盟地区,检查(无花果。5)。所有网站由板和有压载的追踪和求职最电车网络领域的布鲁塞尔。进一步考虑包括:

  • 第三节中描述的机器质量下降。1是用于激动人心的铁路。集成电子压电(IEPE)传感器是固定的质量测量力的影响。压电加速度计被巩固他们固定在结构测试表面。随着振动速度预计将分析在这项研究中,加速时间的历史转化为等效速度分量。模拟信号调节器与放大器用于这一目的。。

  • 为所有的网站,垂直分量振动信号被记录下来。至少,一个传感器被放置在有轨电车网站建立基金会的边缘和一个传感器。除了网站2和9,一个额外的传感器也固定在人行道的边缘。。

  • 虽然数据集记录在几个不同的地点,是特别注意保持相同的测量位置的距离。。

  • 每个站点的配置可能有所不同根据跟踪配置:网站1和2是由混凝土枕木和弹性railpads有压载的轨迹,网站3 - 6设计通过与睡眠azobe有压载的追踪,网站7日和8日被定义为弹性跟踪(放在弹性材料),网站9是一个浮动的板式轨道和网站10 - 14被表示为一个具体的板式轨道。。

  • 选择网站10 - 14在同一铁路,为了有效地比较建筑行为对结构振动响应的影响。。

图67目前计算转移流动功能网站4(有压载的追踪)和网站11(板式轨道)。相干曲线也策划为了定义频率范围不受测量误差(通常10至80赫兹)和每个转移流动的可重复性。内部动态激励生成跟踪过滤和抑制的土壤,因为它传播。这显示了一个衰减与距离在所有研究频率范围:轨道和地基之间,近10 dB的差异是可观测的。跟踪类型可以评估的效率:跟踪安装有很大的影响对邻居建筑物的振动影响。通过比较两个转移的机动性,看来板坯跟踪一般隔振比经典的歌曲。其他发现网站从所有的观察结果显示:

  • 平均振动水平跟踪边缘是相对稳定和周围的−60至65分贝值的跟踪和板坯跟踪65−70分贝;;

  • 有压载的铁轨之间没有显著差异,包括混凝土或木者,被发现。平均衰减是大约15分贝;;

  • 只有网站浮动板,网站9日很低的衰减引起的。然而,只使用两个计量点,在这个阶段,很难得出精确的结果。注意,平均振动面跟踪边缘接近−75分贝;;

  • 这里列出的所有弹性轨道的平均衰减10分贝左右。对板式轨道站点10 - 14,它们之间的衰减是相对较近(13 dB)。。

另一个有趣的发现是,结果显示所有网站有一个最大频率约20 - 40 Hz不可见的主导峰(选项卡。1)。这主要是由于高土壤材料阻尼,屏蔽通常共振现象。。

最后,粒子速度峰值(PPV)从脉冲响应计算(11)和定义为每个距离的最大振动信号(12)所示图8所有的网站。总的来说,强大的减少与观察到的距离,除了网站7和12的中间距离(人行道边缘)提供了一个高水平。这是由于低墙的存在接近传感器,打一波屏障的作用,放大局部振动水平。在频域观测,网站9(浮置板轨道)提供了一个异常水平建立基础。应该注意的是,在场的其他网站类似的下降速度与距离,地面波的色散性质。中遇到复杂的土壤配置(市区)也扮演一个重要的角色在学习网站之间的落差。这是其中一个原因详细的模型无法繁殖非常准确和简洁的振动水平缺乏在城市地区的土壤行为信息和铁路实证模型只提供一个好的程度的大小。转移的机动性包含所有这些信息的使用在一个单一的频率内容功能。结合一个精确的描述在轮轨接触力的密度(包括当地缺陷行为),由此产生的振动可以为任何类型的车辆进行评估,所定义的方程(5)。。

缩略图 无花果。5

在布鲁塞尔地区地理地图测试点位置。。

缩略图 无花果。6

转移流动功能ij网站4(有压载的跟踪):a)和b级)一致性。。

缩略图 无花果。7

转移流动功能ij网站11(板式轨道):a)和b级)一致性。。

表1

主导频率的研究网站。。

缩略图 无花果。8

计算PPV与距离:所有研究网站的影响。。

5例2:典型的雅典混凝土建筑振动放大系数在雅典地铁网络

在欧洲其他建筑相比,不同的典型雅典的建筑施工。结构元素,通过振动传播,承载系统的一个典型的钢筋混凝土板多层建筑,梁、列,剪力墙或中央核心,和楼梯。一般来说,列4 - 5米的正方形网格形式。所有上述元素,以及周围的墙壁任何地下的地板,和基础,是由现浇混凝土。通常情况下,基金会由刚性的立足点,身高约1米和皮带束。非结构性元素,如加密和内墙、是由空心粘土砖砌筑水泥石灰灰浆。。

为了估计地铁网络所产生的动态影响建筑,一个大型的实验活动进行一些建筑在雅典地铁线路2和3 (无花果。9)。一个完整的结构评估公共电力公司建设完成,靠近地铁2号线在操作条件下,通过测量振动水平相对于火车旁通和传播能力估计的函数(比率两个转移流动函数)在几个地点内外建筑使用锤击试验的影响。其他建筑也研究:音乐厅,国家剧院和议会大厦。因为没有振动源类似于这些结构附近的地铁只在地下室或冲击试验的测量进行了这些结构的最低水平。对铁路的影响是不可能的所以量化振动提出了另一种方式。。

与上述情况相反,一个锤作为励磁机。。图10显示的位置和几个传感器用来测量振动的影响水平。钻孔钻2 m的外观和一个三轴IEPE加速度计安装在井下工具,这是放置在井下。两个水平和垂直检波器接收安装在人行道上,2.5米远。建筑室内测量位置的地下室,一楼,1楼,2号楼,4楼,在垂直检波器接收连接到建筑物的石板。地震检波器的灵敏度是28。8 V / m / s。测量设置(详细描述36]。。

图11显示了遗传性建筑内的不同位置的功能。一个特别关注的其他来源的振动通过验证,只有激发记录由于振动的影响。这揭示了建筑放大为研究三层相对于地下室地下室影响。为了清晰,光谱曲线提出了三分之一倍频带。特点构建共振为所有三层16赫兹和63赫兹的1楼清晰可见。在更高的频率高于63赫兹,强烈的振动水平下降,显示所选频率范围(200赫兹)是足够的现状分析。。

为了描述城市光快速交通通道的影响,相同的传感器配置是用于确定建筑物振动水平相对于火车旁通。公共电力公司建设放大因子为1日2日,和第四层相对于地下室了图12。除了1楼共振在63赫兹,三层的反应很相似,对于测试的影响。频内容记录到160赫兹,确认测试的频率上限的影响。结果表明,共振都是房地产的结构响应相对于源。。

除了影响和培训通过结果的比较,并确认使用传播性结果提供了有趣的发现,可以构建一个“point-to-line校正源”通过减去放大系数相对于地下室的影响相同的放大系数相对于火车旁通。因此,根据定义,公共电力公司建设,如果修正添加到构建放大系数相对于地下室的影响,结果将产生建筑放大系数相对于火车旁通。然后可以应用这个校正撞击器数据对于其他建筑类型,只有撞击器数据的存在。预计相似性与方程(5) (13)Tv,,遗传性振动速度,,Tij遗传性函数和CFpoint-to-line源校正因子,可以被解释为一个占位符的力量因素。在这种方法中错误的潜在来源有:

  • 轨道的距离和方向的差异相对于建筑;;

  • 从撞击器的距离测量位置;;

  • 建设的影响类型的线源校正。。

然而,在早期阶段的振动评估,准确的定量结果不是最重要的。。图13显示测量的点到线修正的三层通过放大上述因素的差异。校正系数曲线显示了大约10 dB区别火车撞击器数据以及不同的衰减与频率高于63赫兹。这些特性在很大程度上造成的差异来源:16赫兹和63赫兹的共振没有出现在修正,因为他们正在构建属性。。

知道每层的不同的修正因素,平滑平均曲线可以计算(见无花果。13),用于描述地铁线路在其他建筑物的影响。该方法应用于建筑接近线在建地铁通道的测量是不可能的。一些建筑物被敏感和关注关于异样的震动产生的施工和运输活动(14,,37]。。图9显示了三个选址选择根据他们的特质:雅典音乐厅(正厅Mousikis Athinon)是最近的一个建筑,于1991年建成两个大厅(实际上四个厅),呈现为戏剧表演,,就在地铁3号线;国家剧院最初成立于1880年,是一个典型的新古典主义建筑,像许多其他建筑在雅典;议会大厦是第一个现代希腊的皇宫,在1843年完成,自1934年以来住希腊议会。这三个建筑给一个总体概述雅典的建筑类型。。图14显示了影响的估计计算振动速度水平测试和提供的力密度方法。公共电力公司建设水平相比,在这三个研究建筑较低水平。在音乐厅水平是低约10 ~ 30 dB。水平传播小于在雅典的国家大剧院音乐厅,但比公共电力公司大楼。议会大厦礼物中间水平,部分由于建设和规模的差异之间的议会大厦和更标准的希腊公共电力公司建设等建设。。

缩略图 无花果。9

地图显示测试站点位置在雅典:1)公共电力公司建设,2)音乐厅,3)国家剧院和4)议会大厦。。

缩略图 无花果。10

公共电力公司建设:实验装置的位置。。

缩略图 无花果。11

传播性函数Tij建立公共电力公司。。

缩略图 无花果。12

遗传性振动速度级别Tv,,记录从火车旁通建立公共电力公司。。

缩略图 无花果。13

Point-to-line源校正lC估计在雅典的地铁网络。。

缩略图 无花果。14

遗传性振动速度级别Tv,,估计火车旁通的其他建筑的位置。。

6结论

Railway-induced地面振动会引起负面影响当地社区坐落在市区附近的线。在城市地区,这些振动是由于车辆的力从车轮到在当地缺陷跟踪。在振动评估的早期阶段,通常放弃严格的和详细的分析的偏好范围的方法。本文概述了几种实验分析了在布鲁塞尔和在雅典以量化岩土环境地面振动的影响。火车的主要局限在于缺乏激励的计算方案,但这些数据可以很容易地预测步骤结合起来训练动态部队来模拟,例如,振动产生的铁路不连续(38]。在这个阶段,但是证明点转移流动性仍然是一个有用的工具来评估相关的振动控制问题光快速运输系统操作,考虑当地铁路缺陷的潜在来源振动或振动的复杂路径传输。。

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引用这篇文章:G。Kouroussis,H。P。Mouzakis,K。E。Vogiatzis,结构性影响反应评估铁路振动诱导建筑,金博宝力学与行业18,803 (2017)

所有的表

表1

主导频率的研究网站。。

所有的数据

缩略图 无花果。1

设置为振动传播测试:a)对分布式源和b)为当地的激励源。。

在文本中
缩略图 无花果。2

机器质量下降。。

在文本中
缩略图 无花果。3.

10的例子测量冲击力和样品质量下降的机器。。

在文本中
缩略图 无花果。4

实验装置和位置的传感器。。

在文本中
缩略图 无花果。5

在布鲁塞尔地区地理地图测试点位置。。

在文本中
缩略图 无花果。6

转移流动功能ij网站4(有压载的跟踪):a)和b级)一致性。。

在文本中
缩略图 无花果。7

转移流动功能ij网站11(板式轨道):a)和b级)一致性。。

在文本中
缩略图 无花果。8

计算PPV与距离:所有研究网站的影响。。

在文本中
缩略图 无花果。9

地图显示测试站点位置在雅典:1)公共电力公司建设,2)音乐厅,3)国家剧院和4)议会大厦。。

在文本中
缩略图 无花果。10

公共电力公司建设:实验装置的位置。。

在文本中
缩略图 无花果。11

传播性函数Tij建立公共电力公司。。

在文本中
缩略图 无花果。12

遗传性振动速度级别Tv,,记录从火车旁通建立公共电力公司。。

在文本中
缩略图 无花果。13

Point-to-line源校正lC估计在雅典的地铁网络。。

在文本中
缩略图 无花果。14

遗传性振动速度级别Tv,,估计火车旁通的其他建筑的位置。。

在文本中

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