地铁常用减振轨道钢轨横向振动特性测试分析

研究目的:地铁常用减振型轨道结构由于采用不同的轨道横向限位方式,改变了钢轨的横向振动特性。为研究不同减振措施对钢轨横向振动特性的影响,本文对国内某城市地铁2号线常用减振型轨道结构进行钢轨横向加速度导纳和横向振动沿纵向的衰减率的测试分析。研究结论:(1)在频率100 Hz以下,减振垫浮置板道床的非刚性横向支承使得钢轨横向加速度导纳幅值大于普通DZⅢ-1型扣件整体道床,而钢弹簧浮置板轨道钢轨横向加速度导纳幅值在50 Hz以下大于DZⅢ-1型扣件整体道床;(2) GJ-Ⅲ型减振扣件的采用使得钢轨有着相对较低的横向弯曲共振频率,钢弹簧浮置板道床和减振垫浮置板道床的水平限位方式减弱了浮置板与基底的横向耦合,改变了200 Hz以下钢轨横向振动沿纵向的衰减率;(3) GJ-Ⅲ型减振扣件使得钢轨横向衰减率在中心频率2 500 Hz以下均小于DZⅢ-1轨道,并维持在较小的范围内,不利于减小钢轨横向振动产生的声辐射;(4)本研究成果对目前常用减振型轨道结构中钢轨横向振动特性的研究具有参考价值。     

不同时速下地铁多种轨道结构现场测试与分析

近年来地铁振动污染问题日益突出,地铁中亦采用多种减振轨道结构型式用于减振。为详细评价各种减振轨道结构的减振效果,以地铁动力测试为依托,在频域内分析4种轨道结构各测试断面在不同时速下的振动特征。结果表明:对于长枕埋入式整体道床轨道而言,行车速度的增加对钢轨、道床、隧道竖向加速度低频范围内的影响较大,而在中高频影响较小。对于GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道,随着行车速度的增加,GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道减振效果下降较明显。同时随着行车速度的提高,橡胶隔振垫浮置板轨道仅对浮置板和隧道减振效果较稳定,而钢弹簧浮置板轨道对钢轨、浮置板及隧道减振效果都很稳定。     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。     

120 km/h地铁多种减振轨道结构现场测试与分析

为分析隧道内各种减振措施在地铁列车行车速度为120 km/h时的减振效果,以地铁现场测试为依托,在时域和频域内分析3种轨道结构各测试断面在行车速度为120 km/h下的振动特性。结果表明:DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道在各频段内对振动的衰减均有一定效果,隧道壁在低频范围内减振效果较好。梯形轨枕轨道结构轨枕至隧道壁间的振动衰减非常明显,约为50 dB。钢弹簧浮置板对振动的衰减主要在钢轨与浮置板之间完成,为50~80 dB。梯形轨枕轨道和钢弹簧浮置板轨道隧道壁主要响应频段内相对于DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道减振效果分别为22 dB和38 dB。     

富水砂卵石地区不同类型轨道振动源强及衰减特性试验研究

地铁运营所产的振动噪声问题一直是其发展过程中亟待解决的难题,不同减振措施、不同地质条件下轨道结构产生的振动波传播及衰减规律也存在较大差异,为探究以富水砂卵石为主的地铁不同减振轨道结构源强及振动随距离衰减的特性,文章对成都地铁GJ-Ⅲ减振扣件、钢弹簧浮置板、一般轨道结构和浮轨式扣件4种轨道结构形式隧道壁振动源强和地面振动响应进行现场同步测试,并从频域、时频域及地面Z振级等方面对获得的数据进行分析。结果表明：GJ-Ⅲ减振扣件、浮轨式扣件和钢弹簧浮置板3种减振轨道形式均可有效降低隧道壁源强和地面振动,三者减振效果钢弹簧浮置板大于浮轨式扣件大于GJ-Ⅲ减振扣件;环境振动的主频在经过土体介质后一般不会发生改变,轨道结构形式是决定环境振动频域分布的主要因素,地面环境振动随传播距离的衰减主要体现在各组断面的主频上而加强区测点的频域加强频带为50～80 Hz;4 Hz以下的低频振动和50 Hz以上的高频振动经过土层介质后均有较为明显的衰减。     

地铁常用减振轨道振动特性及减振效果对比研究

对中等减振扣件轨道、梯形轨枕轨道、钢弹簧浮置板轨道、普通整体道床轨道进行环境振动现场实测,对比分析地铁列车通过时不同轨道的钢轨、道床、隧道壁振动加速度(垂向、横向)及钢轨动态变形(垂向、横向).结果表明:4种类型轨道的钢轨振动加速度相差不大;中等减振扣件轨道的道床振动加速度小于普通整体道床轨道,另外2种减振轨道明显大于普通整体道床轨道;钢弹簧浮置板轨道的隧道壁振动加速度明显小于其他轨道;钢弹簧浮置板轨道减振效果最好;中等减振扣件轨道的钢轨动态变形明显大于其他轨道.     

浮置板与整体道床轨道车轨振动特性对比分析

基于车-轨耦合动力学理论,对钢弹簧浮置板轨道和整体道床轨道进行耦合动力学分析。对比地铁车辆在两种轨道上运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,对浮置板轨道的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,将整体道床轨道替换为浮置板轨道后,车体垂向加速度、轮轨动作用力受到的影响很小,时域幅值略微有减小趋势;钢轨加速度和轨道板(道床板)表面加速度有明显增大趋势,所以浮置板轨道在减小板下振动的同时势必会引起轨道结构振动噪声增大以及疲劳伤损加快等弊端,应加以研究控制。     

钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递影响实测分析

根据某地铁曲线地段现场实测数据，对钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递的影响进行分析。结果表明：作为特殊减振轨道结构，钢弹簧浮置板能有效地衰减道床面与隧道壁之间的振动传递，正常工作时加速度级最大衰减量（传递损失）高达44.3 dB；浸水后，在10~200 Hz频段，随着浸水量增加，道床面的加速度级在逐渐减小，隧道壁的加速度级在逐渐增大，道床传递至隧道壁的传递损失值逐渐减小，单侧浸水测试断面传递损失值减小至25~35 dB，两侧浸水测试断面传递损失值则降至10~25 dB；正常浮置板、单侧浸水及两侧浸水测试断面道床面至隧道壁的垂向传递函数值基本范围分别为0~0.01、0.01~0.05和0.04~0.3，依次呈增大趋势。这说明：作为振动传导体，水对10~200Hz频段的振动传递影响显著。     

4种地铁减振轨道轮轨动态相互作用对比分析

为了研究地铁曲线段不同减振轨道的轮轨动态相互作用,通过现场实测数据对比分析了橡胶隔振垫道床轨道、钢弹簧浮置板道床轨道、梯形轨枕轨道、单趾弹条扣件轨道4种减振轨道结构的轮轨力、钢轨动态位移,以及对应断面处隧道壁的垂向振动加速度。分析结果表明:单趾弹条扣件轨道振动相对较大,钢弹簧浮置板道床振动相对较小;4种减振轨道对应的轮轨垂向力、横向力、脱轨系数均满足列车安全运营要求;钢弹簧浮置板道床轨道的钢轨动态位移平均值较大,但小于安全限值。     

曲线地段钢弹簧浮置板轨道振动 特性试验研究

为探究曲线地段钢弹簧浮置板轨道结构振动特性,分别在钢弹簧浮置板轨道和普通道床的曲线地段进行现场测试,采用短时傅里叶变换对测试数据进行时-频处理,分析轨道结构振动时频特性。相比普通道床,在钢弹簧浮置板轨道中,钢轨和道床板振动幅值增大,振动频率向高频移动;道床板时频分布的峰值频率与车辆类型和激励原因有关;浮置板轨道中,隧道壁垂向加速度级减小23 dB,横向加速度级则增大6 dB,主要表现在8～50 Hz;隧道壁振动受到轨道板横向振动激励和浮置板轨道振动传递特性两者的影响,通过这个角度解释了曲线地段地段浮置板轨道中隧道壁横向振动放大的原因。     

地铁三种典型轨道结构振动响应对比分析研究

通过轮轨耦合以及ANSYS有限元仿真,研究分析了地铁3种典型轨道结构振动响应、频率、距隧道中心距离之间的关系。研究表明,速度响应方面,距隧道中心水平方向0~20 m范围浮置板减振效果最优,20~80 m范围弹性支承块最优,80~170 m范围弹性支承块和弹性扣件轨道较优;加速度响应方面,距隧道中心水平方向0~100 m范围浮置板减振效果最优,100~170 m范围弹性支承块和弹性扣件轨道较优;振动频率方面,0~1 Hz范围弹性扣件轨道减振效果略优,20~40 Hz范围弹性支承块略优,1~20 Hz和40~500 Hz范围浮置板减振效果最优。     

钢弹簧浮置板浸水对减振效果及振动传递的影响

根据某地铁曲线地段现场实测数据,针对钢弹簧浮置板浸水对其减振效果及振动传递的影响进行分析。结果表明:作为特殊减振轨道结构,钢弹簧浮置板能有效地衰减道床面与隧道壁之间的振动传递,正常工作时加速度级最大衰减量(传递损失)高达44.3 d B;浸水后在10~200 Hz频段,随着浸水量增加,道床面的加速度级逐渐减小,隧道壁的加速度级逐渐增大,道床传递至隧道壁的传递损失值逐渐减小,单侧浸水测试断面传递损失值减小至25~35 d B,两侧浸水测试断面传递损失值则降至10~25 d B;正常浮置板、单侧浸水及两侧浸水测试断面道床面至隧道壁的垂向传递函数值基本范围分别为0~0.01、0.01~0.05和0.04~0.3,依次呈增大趋势。这说明,作为振动传导体,水对10~200 Hz频段的振动传递影响显著。     

地铁钢弹簧浮置板轨道的减振效果分析

应用ABAQUS软件建立列车—轨道—隧道—土层的动力学模型,研究钢弹簧浮置板的减振效果.在地铁列车以20 m·s-1速度运行条件下,浮置板的振动加速度峰值(15m·s-2)远大于普通轨道;铺设浮置板后隧道拱顶和地表的振动加速度峰值分别为0.07和0.005m· s-2,远小于普通轨道.频域分析表明:浮置板的振动频率在400Hz以上频段衰减很大,而100Hz以内低频成分的振动能量明显增强;浮置板轨道对于隧道拱顶在400～800Hz、地表在20～80 Hz频段内的减振效果明显.1/3倍频程分析表明:浮置板的分频振级最大增量为22 dB(中心频率为10 Hz);铺设浮置板后隧道拱顶的最大减振量为18 dB(中心频率1 016 Hz),地表的分频最大减振量为6 dB(中心频率63 Hz).Z振级分析表明:铺设浮置板后隧道拱顶和地表处的减振量分别为24和25 dB,在25～80 Hz频段的减振效果最好;因浮置板自振频率处于20 Hz以下的低频范围,能够吸收中高频振动、放大自身低频振动,所以具有阻高频、放低频的减振特性.     

基于隔振垫超弹性本构模型的橡胶浮置板轨道动力仿真

以地铁橡胶浮置板轨道为研究对象，基于隔振垫超弹性本构建立地铁车辆-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力分析模型，计算橡胶浮置板轨道的动力响应及减振效果。结果表明：隔振垫超弹性本构模型计算的轨道结构及隧道壁动力响应均更接近实测数据；不同隔振垫刚度工况下，超弹性本构模型计算得到的轨道结构位移均小于线弹性本构模型，钢轨和轨道板位移峰值分别相差10%和40%左右；超弹性本构模型计算得到的轨道板加速度峰值较小而基底加速度峰值较大，且随隔振垫刚度增加，2种模型计算的轨道板振动差异减小、基底振动差异显著增大，常用隔振垫静刚度范围（0.019～0.100 N·mm-3）内超弹性本构模型与线弹性本构模型计算的基底加速度峰值之比最大为2.46，而采用线弹性本构模型将低估橡胶浮置板轨道基底振动；超弹性本构模型计算得到的轨道板振动及基底高频振动较小，而基底低频振动较大，传递损失小，而采用线弹性本构模型将高估地铁振动特征频段（50～80 Hz）的减振作用，放大轨道固有频率附近（16～31.5 Hz）振动。     

钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道减振性能分析

为满足160 km/h地铁设计对轨道减振性能的要求,提出了钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道结构设计方案,并研究了钢轨支承形式及轨下连续支承参数对轨道结构减振性能的影响。结果表明:钢轨支承形式(离散支承、连续支承)对钢轨和轮对振动加速度影响较小;随着轨下连续支承刚度和阻尼的降低,轮轨力和轮对加速度主频向低频移动,同时轮对及浮置板在63 Hz以上的振动减轻,但会加剧钢轨在250 Hz以上的振动;实际设计中对减振性能要求较高的地段可选用钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道,并适当降低轨下连续支承刚度和阻尼来提升轨道结构的减振性能。研究成果可为160 km/h市域地铁快线中钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道的选用和轨下连续支承参数的设计提供参考。     

上部锁紧式双层非线性扣件在南京地铁的应用效果分析

在南京地铁1号线双龙大道至南京南站地铁隧道正常运行的线路上,采用在线检测和锤击方法对比Ⅲ型减振器与上部锁紧式双层非线性减振扣件(GJ-32扣件)两种轨道结构形式下钢轨的垂向和横向频率响应特性。结果表明:GJ-32扣件相对于Ⅲ型减振器钢轨振动在200～400 Hz有较好的抑制作用;GJ-32扣件轨道结构形式具有较好的减振性能和阻尼特性;Ⅲ型减振器区间钢轨波磨发展严重,而GJ-32扣件十分有效地抑制了钢轨短波的增长。     

聚氨酯减振垫与橡胶减振垫浮置板轨道振动控制效果分析

为了研究两种不同材料减振垫浮置板轨道的减振效果,以深圳某新建地铁线路隧道段为研究对象,测试了60 km/h的速度下聚氨酯减振垫轨道、橡胶减振垫轨道和普通道床轨道的振动响应,通过引入铅锤Z振级进行综合评价,分别在时域和频域内对两种减振垫轨道、普通道床轨道的振动特性进行对比分析,结果表明:(1)两种减振垫浮置板轨道结构均在10 Hz左右发生共振;(2)两种材料减振垫轨道在40 Hz范围内都没有减振效果;(3)聚氨酯减振垫相比橡胶减振垫减振效果更好,且减振频域更宽。     

轨道型式对地铁与建筑物共建结构振动响应的影响

以上海某地铁站与建筑物共建工程为例,现场实测由于地铁运行引起的车站站厅层、上部结构各楼层的动力响应,建立道床—共建结构—地基二维动力有限元模型。通过对比分析计算和实测的共建结构竖向振动加速度的时域谱和1/3倍频程振级谱,探讨普通轨道、科隆蛋高弹扣件轨道和钢弹簧浮置板轨道在引起共建结构振动响应方面的差异。研究结果表明:采用科隆蛋高弹扣件轨道时,共建结构同一位置的加速度峰值约是普通轨道的1/2,而固有频率为6 Hz的钢弹簧浮置板轨道的加速度峰值仅为普通轨道的1/10左右,但钢弹簧浮置板轨道引起的振动周期和持时相对较长;科隆蛋高弹扣件轨道与钢弹簧浮置板轨道均有明显的减振效果,所不同的是前者对25 Hz以下、后者对25 Hz以上频段的竖向振动有较好减振效果;钢弹簧浮置板固有频率的变化对该共建结构振动响应的影响很小。     

地铁隧道内钢弹簧浮置板轨道的减振效果实测分析

为了研究地铁隧道内浮置板轨道的实际减振效果,以我国某地铁线路的隧道段为研究对象,测试了普通道床轨道、重量级和中量级浮置板轨道产生的振动响应,分别在时域和频域内对各种轨道的振动特性进行对比分析,并采用Z振级进行综合评价,结果表明:轨道板和隧道壁的主要响应频段在80 Hz附近;重量级和中量级钢弹簧浮置板道床振动响应有5.3 dB的差异;各减振断面的隧道壁振动均满足相关规范的要求。     

车辆-轨道耦合作用下桥上减振双块式无砟轨道减振性能研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立高速铁路车辆-轨道-桥梁耦合模型,采用有限元法,分别研究双块式无砟轨道结构中减振垫对轨道和桥梁时域、频域动力性能的影响,并研究其减振效果。研究结果表明:在时域内,减振双块式无砟轨道使钢轨、道床板的竖向位移增加,并且使道床板梁端竖向位移显著增加;使钢轨、道床板竖向加速度增加,使桥梁跨中竖向加速度明显减小。在频域内,减振双块式无砟轨道使桥梁加速度振级减小5 d B,减振效果良好,并且在10~40 Hz频率范围内减振效果最明显。然而,道床板加速度振级增加了8 d B。减振垫使振动能量更多地滞留在道床板内,对道床板的正常使用不利。