市域铁路钢弹簧浮置板轨道刚度的合理选取

钢弹簧浮置板轨道已广泛运用于地铁线路中,为适应广州地区市域铁路规划,考虑穿越市区地段沿线敏感点环境保护,其对市域铁路的适用性有待研究.通过建立车辆-轨道耦合动力学模型和轨道-隧道-土体有限元模型,分析时速120～160 km市域铁路钢弹簧浮置板轨道的安全平稳性及减振效果,据此确定钢弹簧刚度的合理取值.研究结果表明:(1...     

基于TMD的钢弹簧浮置板轨道结构改进研究

为提升钢弹簧浮置板轨道低频域制振性能,应用有限元方法建立地铁车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,对带凸台的常规钢弹簧浮置板轨道进行结构改进设计。参考某地铁实际线路,基于TMD定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,通过对无凸台钢弹簧浮置板轨道进行模态分析和谐响应分析,确定钢弹簧浮置板凸台下减振元件的最优刚度、最优阻尼;然后基于车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,研究列车动荷载作用下钢弹簧浮置板轨道改进前后低频域制振效果。结果表明:改进后的钢弹簧浮置板轨道能够有效地抑制轨道板固有频率附近频段的低频振动;合理的TMD参数匹配能够有效地控制列车动荷载下钢弹簧浮置板基频范围内的低频振动及对应频段钢弹簧支反力向周围基础的传递。     

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明：当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。     

城市轨道交通钢弹簧浮置板轨道动力特性分析

为了实时有效地对钢弹簧浮置板轨道动力性能进行研究,利用ANSYS软件建立了钢弹簧浮置板轨道系统的双层梁动力学模型,通过瞬态分析模拟列车移动荷载通过钢弹簧浮置板轨道时的动力响应。对比分析了列车荷载作用下,轨道系统参数对钢弹簧浮置板动力响应及其隔振效果的影响。该研究可对钢弹簧浮置板轨道结构的设计与施工提供理论参考。     

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。     

纵向连接式浮置板轨道疲劳性能试验研究

研究目的:相较于城市轨道交通，市域铁路列车运行速度更快、轴重更大，截至目前，国内市域铁路在时速160 km没有采用钢弹簧浮置板轨道的先例，也没有对其在市域铁路运营条件下的适应性开展过系统研究。为设计研发适用于市域铁路的钢弹簧浮置板轨道，本文通过开展足尺模型的疲劳试验，分析疲劳前后力学性能变化，进而得到纵向连接式钢弹簧浮置板轨道静刚度及应力应变的变化规律。研究结论:(1)疲劳后浮置板垂向位移整体呈下降趋势，200万次疲劳后其位移平均值减小2.90%,500万次疲劳后其位移平均值减小4.78%;(2)疲劳后浮置板静刚度呈增大趋势，疲劳前、200万次疲劳后和500万次疲劳后，浮置板静刚度分别为185.02 kN/mm、189.11 kN/mm、192.49 kN/mm;(3)浮置板表面中线上应变测点位置的应变在疲劳试验后呈现增大趋势，200万次及500万次疲劳试验后其最大应变值较疲劳前分别增大19.21%和17.70%;(4)浮置板表面边线上应变测点位置的应变在疲劳试验后呈现减小趋势，200万次及500万次疲劳试验后的最大应变值较疲劳前分别减小2.16%和3.11%;(5)500万次疲劳后板...     

浮置式轨道结构的自振频率有限元分析

浮置式轨道结构作为一种减振降噪的轨道结构,广泛应用于城市轨道交通线路中。目前,这类轨道结构有钢弹簧浮置板、隔离式减振垫和梯形轨枕等几种轨道型式,其中钢弹簧浮置板轨道又包括传统的现浇钢弹簧浮置板轨道与新型的预制钢弹簧浮置板轨道。文章通过对这4种浮置式轨道的自振频率有限元分析,研究了不同设计参数对它们各自自振动频率的影响,以期为今后浮置式轨道结构其他动力特性分析提供参考。     

浮置板轨道过渡段的动力学设计

针对广州地铁采用的浮置板轨道，建立车辆-轨道耦合动力学模型，并据此对浮置板轨道与单趾弹簧扣件无碴轨道间设置或不设置过渡段两种情况进行了动力学分析。计算结果表明，由于单趾弹簧扣件轨道和浮置板轨道轨下基础的刚度相差较大，两者之间应该设置过渡段，轨道过渡段可通过改变浮置板下橡胶支座的数量及支座刚度来实现。     

地铁预制式浮置短板轨道动力仿真分析

浮置板轨道结构是目前降低地铁振动和噪声最有效的减振结构。基于车辆轨道耦合动力学原理建立浮置板轨道的动力学分析模型,研究车辆运行速度、支座动刚度的变化对预制浮置短板轨道系统动力学参数的影响,并通过现场测试进行了验证。     

提升钢弹簧浮置板轨道稳定性的抑振调频装置研究

在轨道板上安装抑振调频装置是提高钢弹簧浮置板轨道稳定性的有效措施。基于有限元方法与车辆-轨道耦合动力学理论，建立考虑抑振调频装置的车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型，计算分析抑振调频装置刚度、阻尼和预紧力3个关键参数对钢弹簧浮置板轨道自身稳定性、减振效果及行车平稳性的影响。结果表明：抑振调频装置可有效抑制浮置板轨道振动，调节轨道板固有频率；轨道板位移频响幅值随抑振调频装置刚度、阻尼的增大呈指数规律减小，受预紧力影响不明显，当刚度在0～10 kN·mm^-1、阻尼在0～100 kN·s·m^-1范围变化时，抑振调频装置的调节效果显著且易实现；增大抑振调频装置的刚度、阻尼和预紧力均可有效降低轨道系统和车辆的振动加速度，但各自的作用不同，刚度最为明显，其次是阻尼，预紧力较小；在钢弹簧浮置板轨道上设置刚度为6.5 kN·mm^-1、预紧力为2 kN、阻尼为60 kN·s·m^-1的抑振调频装置后，基底加速度较减振扣件轨道和未安装抑振调频装置的浮置板轨道分别降低了74.5%和15.6%，有效提高了轨道系统的稳定性。     

钢弹簧浮置板轨道结构在不同频段的隔振效率

建立三维钢弹簧浮置板轨道结构的、具动力传递特性的有限元分析模型,针对不同设计参数和激振频率,研究该轨道结构的动力传递特性和隔振效率。计算结果表明,所采用的方法可详细解剖浮置板相关设计参数对隔振效率的影响,可以为钢弹簧浮置板轨道结构的国产化和动力优化设计等工作提供理论参考。     

钢弹簧浮置板轨道结构施工工艺分析

钢弹簧浮置板轨道结构的散铺法和预制钢筋笼法两种施工方法各有优缺点,但都因施工工序繁多、工艺复杂等因素,严重影响了钢弹簧浮置板轨道施工进度.为此国内外研究了不同的浮置板快速施工方法.预制短板由于具有施工工艺简单、施工工序少、不同施工现场适应能力强等优势,因此有广阔的应用前景.对比分析了各种浮置板轨道结构的施工工艺,总结了钢弹簧浮置板施工工艺存在的问题以及预制短板施工工艺的优势.分析结论对浮置板轨道结构的选择有一定的参考意义.     

浮置板断簧条件下的列车-轨道耦合系统动力特性分析

针对昆明地铁4号线工程设计实践,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立列车-钢弹簧浮置板轨道垂向耦合动力学模型。分析了钢弹簧容易发生断裂的位置,研究了钢弹簧的断裂位置和断裂数量对列车-轨道耦合系统垂向振动的影响。结果表明:浮置板中部附近的钢弹簧更容易发生断裂;断簧数量越多,车体垂向加速度、钢轨和浮置板的垂向位移及其垂向加速度、钢弹簧支点力越大,且沿轨道纵向恢复越慢;在断簧数量相同的情况下,板端断簧时的车体、钢轨、浮置板的垂向加速度比板中断簧时的大,板端断簧时的钢弹簧支点力比板中断簧时的小;如果断簧数量大于2对,板中断簧时的钢轨、浮置板的垂向位移将超过板端断簧时的垂向位移;当断簧位置出现在板端时,板端扣件会受到压缩力和拉伸力的循环作用,不利于扣件的使用寿命。     

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。     

减振轨道对高架桥梁低频振动特性的影响

基于有限元方法与车辆—轨道耦合动力学理论,针对城市高架轨道交通引起的低频振动现象,着重分析了常用高架简支箱梁在铺设非减振型轨道、钢弹簧浮置板轨道和被动式动力减振浮置板轨道3种情况下的低频振动特性。结果表明:在0~30 Hz,非减振型轨道板因与梁体共同运动,其振动水平较钢弹簧浮置板略低,但非减振型轨道板无法有效衰减传递到桥梁结构的振动;在15~30 Hz,钢弹簧浮置板通过增大轨道板自身振动的方式降低板下结构的振动,墩顶的振动加速度级衰减量约10~20 d B,但会放大轨道在1阶固有频率(5 Hz左右)处的振动水平;插入控制1阶模态振动的被动式动力吸振器,可使浮置板及桥墩各测点在1阶固有频率处的振动大幅衰减,桥墩的振动加速度级衰减量约为10 d B,有效弥补了钢弹簧浮置板结构的不足。     

周期性钢弹簧浮置板轨道垂向振动带隙特性研究

为研究周期性钢弹簧浮置板轨道的带隙特性,将钢轨和浮置板分别视为铁木辛柯梁和明德林板,建立周期性钢弹簧浮置板轨道垂向振动模型,基于能量变分原理求得其垂向带隙,分析带隙的形成机理以及轨道结构刚度对带隙的影响.结果 表明:在0～1200 Hz范围内,周期性钢弹簧浮置板轨道结构存在5条垂向振动带隙,1阶和3阶带隙为局域共振带隙...     

浮置板轨道结构对地铁车辆轨道耦合系统动力性能影响分析

以北京地铁6号线车辆为样本,研究了浮置板轨道对于车辆轨道耦合动力学模型的影响。建模时将浮置板轨道考虑成柔性体,用有限元实体单元建模,并利用模态叠加法进行求解。仿真后得出如下结论:与轨道不平顺引起的冲击相比,采用浮置板轨道后所产生的枕跨冲击、过渡冲击、轨道板冲击并不明显。车辆在浮置板轨道上行驶时,其竖向悬挂系统能够较好地降低轮轨的冲击力;轨道垫板刚度的主要影响是频率在60~150 Hz范围内的振动,对低频振动影响较小。随着轨道垫板刚度的变大,轮轨垂向力和轮重减载率逐渐变大,但其对轮轴横向力和脱轨系数影响很小,对车体振动几乎没有影响。轨道垫板刚度的主要影响是频率在10 Hz左右的轨道板的振动,对浮置板钢弹簧支承力的影响较小,即对路基的减振效果影响较小。     

杭州地铁1号线浮置板轨道减振效果对比分析

由于浮置板轨道减振效果较好,在地铁建设中使用比例大幅度增加。结合杭州地铁1号线钢弹簧浮置板和橡胶浮置板的测试结果,对比分析两种浮置板的自振特性、隧道内和地面减振效果。分析结果表明：受不同的轨道结构形式、不同的列车类型、运行速度、隧道结构等诸多因素影响,钢弹簧浮置板和橡胶浮置板轨道有不同的振动频率特性;钢弹簧浮置板竖向自振频率为7.90 Hz,橡胶浮置板竖向自振频率为14.87 Hz,钢弹簧浮置板和橡胶浮置板的高频减振效果高于低频的减振效果;橡胶浮置板对于高于25 Hz的振动有8～16 dB的减振效果;弹簧浮置板对于高于12.5 Hz的振动有8～22 dB的减振效果,钢弹簧浮置板轨道对于控制列车运行产生的环境振动更有效。     

一种新型支撑形式对钢弹簧浮置板轨道振动特性的影响

在现有钢弹簧浮置板轨道支撑形式的基础上,提出一种全新的支撑形式。采用数值模态分析的方法,研究该种支撑形式对钢弹簧浮置板轨道振动特性的影响。分析结果表明:(1)在同等浮置板板长的条件下,本文提出的支撑形式,可以获得更低的1阶自振频率,但不改变高阶自振频率和振型;(2)浮置板板长的增加,对钢弹簧浮置板轨道的前3阶自振频率影响不大,丰富了钢弹簧浮置板轨道的高阶(弯曲)振型。本文提出的支撑形式,有利于提高钢弹簧浮置板轨道的减振能力。     

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。