地铁列车环境振动研究团队

·团队成员

刘维宁刘卫丰马蒙孙晓静

·团队简介

地铁列车环境振动研究团队隶属于北京交通大学土建学院地下工程系和轨道交通环境振动研究所,是国内最早从事轨道交通环境振动影响预测评估与控制的研究团队。团队包括教授1人、副教授3人(博导3人),全日制在读博士、硕士研究生20余人。

近年来,实验室共承担欧盟顶级科研项目1项、国家级基础研究项目6项、省部级基础研究项目7项、企业项目20余项。课题组依托科研课题进行对研究生的人才培养,在轨道交通环境振动领域,已出站博士后3人,毕业博士研究生13人,毕业硕士研究生17人。

研究团队与比利时鲁汶大学、荷兰代尔夫特理工大学、柏林工业大学、英国南安普顿大学等多家国外知名院校的对口研究组、教授间建立了长期的科研合作关系。近年来课题组共有10名研究生先后赴国外进行博士联合培养、攻读博士学位和从事博士后研究,共计30余人次赴国外参加国际会议和学术交流。

·研究方向

围绕轨道交通环境振动问题和隧道结构动力学问题,课题组目前主要包括如下六大研究方向:

(1)地铁列车振源特性研究

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2001年起,课题组在欧盟委员会第五次科研框架研究计划(EU FP5 project CONVURT)的支持下,与比利时鲁汶大学合作进行地铁列车振动环境影响的研究,基于传递矩阵方法开发了TRADE解析轨道动力学模型,于2009年开发了车-轨耦合解析模型软件包TMCVT。2014年基于周期-无限结构理论建立了新型的车辆-周期性轨道耦合解析模型及车辆-浮置式轨道耦合模型,并编制了车轨动力耦合分析软件SVTIPIST和STFSTI。2012年和2017年分别建立了适用于列车变速移动以及曲线轨道情况的2D、3D车-轨耦合解析模型系统

 

(2)隧道结构-地层振动分析模型与振动传播规律研究

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2004年起,课题组通过地铁振动源强和地表振动响应的现场测试,研究了地铁列车低频振动的传播规律。2009年,通过与比利时鲁汶大学的合作,提出了三维周期性有限元-边界元耦合数值模型。2014年,提出了基于周期-无限结构理论建立了有限元-无限元耦合的隧道-地层振动响应预测模型,并与新型车轨耦合解析模型结合,可进行高效的地表振动响应预测。

 

(3)环境振动预测方法研究

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2011年,课题组研制了自动落锤激励装置,提出了基于脉冲实验的地铁环境振动响应传递函数预测方法。2012年,提出了地铁列车振动环境影响敏感度的概念,进而提出了基于敏感度的地铁列车振动环境影响分区、分类、分阶段的动态预测评价体系。2014年,在既有研究的基础上,进一步提出了地铁列车振动环境响应预测的人工单点列脉冲激励方法。2016年,提出了可以考虑地铁列车运行完备相位信息的新型传递函数预测方法,并针对地铁建设全阶段对预测精度的不同要求,分别提出了三种实现方式——解析传递函数快速预测方法、深孔激振实测传递函数预测方法、隧道内激振实测传递函数预测方法,并研制了预测配套的深孔激振装置。

 

(4)列车振动对居住环境、古建筑、精密仪器等影响评估体系研究

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基于环境振动预测方法的研究成果,课题组构建了列车振动对各类环境影响目标(住宅建筑、文物古建筑、精密仪器及实验室、医院、博物馆等)的影响预测评估体系。提出了基于现场实测的两位校准法,提出了数值方法与现场实测相结合的针对建筑使用功能及人体舒适度、古建筑微振动保护、精密仪器正常使用的定量预测方法。该方法目前已成功用于北京地铁4号线、8号线、16号线、西安地铁2、6号线等线路对沿线敏感目标的预测中。

同时,开展各类敏感目标评价方法研究,开展列车振动对人体影响暴露-响应关系研究,提出了考虑暴露时间的振动评价指标和考虑古建筑保存状况和维护加固历史的振动评价方法。

 

(5)振动测试技术与减振措施研究


课题组依托轨道减振与控制实验室(Laboratory of Track Vibration Abatement & Control, Lab_TVAC),建设了针对轨道减振与传播路径隔振的6大综合实验平台,并研发了相应了激振设备,包括:在19米埋深的地下实验室内搭建的钢弹簧浮置板轨道和梯形轨枕轨道的原型实验平台和扫频激振设备,在欧盟委员会科研框架研究计划直接资助下搭建了首个有砟梯轨实验平台并研制了纵向可移动式大质量轨道落轴系统,以及可进行各类传播路径隔振的综合模型试验平台。依托上述平台,对各类地铁减振扣件、浮置板轨道、梯式轨枕轨道、周期性屏障隔振等环境振动控制措施进行了实验研究。

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(6)隧道结构的动力损伤研究

 

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2012年起,课题组启动列车荷载作用下隧道结构动力响应和损伤问题研究,并详细规划了地下工程动力学实验室多个平台的建设。目前实验室建设工作和研究在推进中。

·科研项目

研究团队承担的部分重要科研项目和实际工程包括:

(1)国际合作项目

·欧盟委员会第七次框架计划(FP7)重点项目:CargoVibes - Attenuation of ground-borne vibration affecting residents near freight railway lines(2011-2014),项目负责人:刘维宁

·科技部对欧盟科技合作专项经费:货运列车振动对沿线居民影响的控制措施(2012-2014),项目负责人:刘维宁

(2)国家级省部级科研项目

·国家自然科学基金面上项目:列车振动环境影响预测的准确度与可靠性研究(2018-2021),项目负责人:刘维宁

·国家自然科学基金青年基金:基于定点锤击的地铁轨道减振效果评价方法研究(2016-2018),项目负责人:马蒙

·国家自然科学基金青年基金:橡胶混凝土隔振基础轨道研究(2015-2017),项目负责人:孙晓静

·国家自然科学基金面上项目:曲线隧道条件下地下列车加减速运行引起的环境振动预测模型及传播规律研究(2014-2017),项目负责人:刘卫丰

·国家自然科学基金面上项目:基于现场脉冲激励的地铁列车振动环境影响预测模型研究(2013-2016),项目负责人:刘维宁

·中国博士后科学基金面上一等:重载铁路环境振动规律及控制措施研究(2013-2014),项目负责人:马蒙

·国家自然科学基金青年基金:地下列车运行引起的环境振动预测模型研究(2011-2013),项目负责人:刘卫丰

·北京市科委项目:北京轨道交通减少异常波磨的综合减振技术研究(2011),项目负责人:刘维宁

·国家自然科学基金面上项目:地铁列车运行引起的隧道及自由场动力响应数值预测模型研究(2009),项目负责人:刘维宁

·国家自然科学基金重点项目子课题:城市轨道交通引起的环境振动及防治对策研究(2006-2009),项目负责人:刘维宁

(3)典型实际工程项目

·合肥轨道交通5号线列车振动对中国科学院精密仪器影响研究(2016-2021),项目负责人:刘卫丰

·地铁周期性排桩隔振效果研究(2016-2018),项目负责人:马蒙

·海淀山后线对北京大学精密仪器实验楼振动影响综合研究科研试验(2012-2016),项目负责人:刘维宁

·大望京项目15号线地铁对项目内开发的建筑楼群的振动影响研究(2011-2013),项目负责人:刘卫丰

·北京地铁轨道减振综合技术研究(2011-2012),项目负责人:刘维宁

·北京地铁8号线二期列车振动对沿线某单位精密仪器影响预测分析(2009-2010),项目负责人:刘卫丰

·西安地铁2、6号线运营对钟楼振动影响分析(2007-2012),项目负责人:刘维宁

·北京地铁5号线减振轨道振源研究(2007-2010),项目负责人:刘维宁

·北京地铁6号线运营振动对沿线古建筑的影响研究(2007-2009),项目负责人:刘维宁

·北京站至北京西站地下直径线对地面文物建筑影响评估(2007),项目负责人:刘卫丰

·北京站至北京西站地下直径线对既有地铁安全性影响评估(2006-2006),项目负责人:刘维宁

·北京地铁四号线北大段减振措施研究(2004-2009),项目负责人:刘维宁

·代表性著作

(1)专著和学位论文

 [1]   刘维宁, 马蒙. 地铁列车振动环境影响的预测、评估与控制[M]. 北京: 科学出版社, 2014.

 [2]  张昀青. 地铁列车振动相应及轨道结构参数影响分析[D]. 北京: 北京交通大学, 2004.

 [3]  孙晓静. 地铁列车振动对环境影响的预测研究及减振措施分析[D]. 北京: 北京交通大学, 2008.

 [4]  贾颖绚. 基于解析的车轨耦合模型及地铁对环境的振动影响研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2009.

 [5]  刘卫丰. 地铁列车运行引起的隧道及自由场动力响应数值预测模型研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2009.

 [6]  丁德云. 地铁列车振动环境响应低频特性的分析与研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2010.

 [7]  王文斌. 基于脉冲实验的地铁环境振动响应传递函数预测方法研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2011.

 [8]  马蒙. 基于敏感度的地铁列车振动环境影响预测及动态评价体系研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2012.

 [9]  李克飞. 基于变速及曲线车轨耦合频域解析模型的地铁减振轨道动力特性研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2012.

[10]  金浩. 基于改进蚁群算法梯式轨道及橡胶混凝土隔振基础优化研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2013.

[11]  袁扬. 地铁列车振动环境响应预测的人工单点列脉冲激励方法研究 [D]. 北京: 北京交通大学, 2014.

[12]  张厚贵. 北京地铁钢轨波磨的机理及整治方案研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2014.

[13]  马龙祥. 基于周期-无限结构的车轨耦合及隧道-地层结构振动分析模型研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2015.

[14]  吴宗臻. 地铁列车振动环境影响的传递函数预测方法研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2016.

 

(2)代表性期刊论文

 [1]  Liu W F, Zhang H G, Liu W N, et al. Experimental study of treatments for rail corrugation on Egg fastener track in the Beijing metro[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F - Journal of Rail and Rapid Transit, 2018

 [2]  Liu W F, Du L L, Liu W N, et al. Study on the dynamic response of a curved railway track subjected to harmonic loads based on periodic structure theory[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F - Journal of Rail and Rapid Transit, 2018

 [3]  Ma M, Liu W N, Li Y L, et al. An experimental study of vibration reduction of a ballasted ladder track[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F - Journal of Rail and Rapid Transit, 2017,231(9):1035-1047.

 [4]  Ma M, Liu W N, Qian C, et al. Study of the train-induced vibration impact on a historic Bell Tower above two spatially overlapping metro lines[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2016,81:58-74.

 [5]  Ma M, Markine V L, Liu W N, et al. Metro train-induced vibrations on historic buildings in Chengdu, China[J]. Journal of Zhejiang University- SCIENCE A., 2011,12(10):782-793.

 [6]  刘维宁, 马蒙, 刘卫丰, 等. 我国城市轨道交通环境振动影响的研究现况[J]. 中国科学:技术科学, 2016,46(6):547-559.

 [7]  刘维宁, 马龙祥, 姜博龙, 等. 浮置板轨道动力响应分析的广义波数法[J]. 中国铁道科学, 2016,37(1):31-38.

 [8]  刘维宁, 袁扬, 王文斌, 等. 地铁列车运行引起环境振动响应的人工单点列脉冲激励预测方法[J]. 中国铁道科学, 2015,36(4):74-79.

 [9]  刘维宁, 李克飞, Markine V. L. 移动荷载作用下曲线轨道振动响应解析解研究[J]. 土木工程学报, 2013,46(1):133-140.

[10]  刘维宁, 马蒙, 王文斌. 地铁列车振动环境响应预测方法[J]. 中国铁道科学, 2013,34(4):110-117.

[11]  刘维宁, 丁德云, 李克飞, 等. 钢弹簧浮置板轨道低频特征试验研究[J]. 土木工程学报, 2011,44(8):118-125.

[12]  刘卫丰, 张厚贵, 孟磊,等. 北京地铁采用调频式钢轨减振器抑制钢轨振动的试验研究[J]. 振动工程学报, 2016, 29(1):105-111.

[13]  刘卫丰, 刘维宁, 聂志理, 等. 地铁列车运行引起的振动对精密仪器影响的预测研究[J]. 振动与冲击, 2013,32(8):18-23.

[14]  刘卫丰, 刘维宁, 袁扬, 等. 地铁列车与道路车辆运行对环境的振动影响现场测试与分析[J]. 铁道学报, 2013,35(5):80-84.

[15]  刘卫丰, 刘维宁, 袁扬, 等. 地铁列车与道路车辆运行对环境的振动影响现场测试与分析[J]. 铁道学报, 2013,35(5):80-84.

[16]  刘卫丰, 刘维宁, 马蒙, 等. 地铁列车运行引起的振动对精密仪器的影响研究[J]. 振动工程学报, 2012,25(2):130-137.

[17]  刘卫丰, 刘维宁, Gupta S., 等. 地铁列车运行引起的隧道和自由场的动力响应预测[J]. 工程力学, 2010,27(1):250-256.

[18]  刘卫丰, 刘维宁, Degrande G. 地铁列车运行引起地表振动的预测模型及其试验验证[J]. 振动工程学报, 2010,23(4):373-379.

[19]  刘卫丰, 刘维宁, Gupta S., 等. 地下列车移动荷载作用下隧道及自由场的动力响应解[J]. 振动与冲击, 2008,27(5):81-84.

[20]  刘卫丰, 刘维宁, 袁扬. 基于地铁列车运行引起的振动预测模型的浮置板轨道减振效果研究[J]. 铁道学报, 2012,34(9):81-86.

[21] 马蒙, 刘维宁, 王文斌, 等. 考虑持续时间因素的铁路环境振动影响评价[J].振动与冲击,2016,35(10):207-211.

[22]  马蒙, 刘维宁, 刘卫丰, 等. 有砟梯式轨枕轨道减振性能的理论分析与试验研究[J]. 振动与冲击, 2015,34(6):62-66.

[23]  马蒙, 刘维宁, 王文斌. 轨道交通地表振动局部放大现象成因分析[J]. 工程力学, 2013,30(4):275-280, 309.

[24]  马蒙, 刘维宁, 邓国华, 等. 基于校准法的地铁振动对西安钟楼影响研究[J]. 工程力学, 2013,30(12):18-23.

[25]  马蒙, 刘维宁, 金浩, 等. 轨道交通振动对建筑物影响程度的预测方法[J]. 中国铁道科学, 2011,32(2):27-32.

[26]  马蒙, 刘维宁, 丁德云, 等. 地铁列车振动对精密仪器影响的预测研究[J]. 振动与冲击, 2011,30(3):185-190.

[27]  马蒙, 刘维宁, 丁德云. 地铁列车引起的振动对西安钟楼的影响[J]. 北京交通大学学报, 2010,34(4):88-92.

[28]  孙晓静, 余昌, 胡久羡. 有砟、无砟轨道型式下货运列车振动对基底围岩的影响规律研究[J]. 土木工程学报, 2017(S2).

[29]  孙晓静, 冯红喜. 橡胶混凝土整体道床减振性能分析[J]. 土木工程学报, 2017(s1):42-46.

[30] 孙晓静, 袁扬, 马蒙,等. 地铁列车运行引起远场低频振动响应预测研究[J]. 振动与冲击, 2017, 36(4):198-202.

[31]  孙晓静, 马蒙, 刘维宁,等. 客、货列车通过既有线路曲线段的振动响应测试分析[J]. 中国铁道科学, 2016, 37(3):75-81.

 

·联系方式

课题组联系方式:010-51682752 刘卫丰/马蒙

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