高架箱梁-浮置板轨道系统隔振性能分析

浮置板轨道作为一种减振轨道广泛应用于城市轨道交通中,为研究其在高架线上的隔振性能,建立箱梁-浮置板轨道耦合系统三维有限元模型。利用谐响应分析的方法,分析了箱梁支座刚度、钢弹簧刚度及支撑间距等参数对箱梁结构振动的影响。结果表明:与普通轨道相比,当荷载频率达到20 Hz以上时,浮置板轨道才表现出明显的隔振性能;钢弹簧刚度的变化对高架桥上浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为9~15 Hz以内且影响程度较小。钢弹簧的支撑间距对高架桥浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为50 Hz以上,其影响程度较钢弹簧刚度变化的影响要明显;荷载频率在50 Hz以内的影响很小且仅在位移峰值处有变化。     

动力吸振器刚度和阻尼偏差对浮置板轨道低频振动控制的影响

针对动力吸振器在浮置板轨道上的应用问题,基于扩展定点理论和车辆-轨道耦合动力学理论,对动力吸振器的刚度和阻尼偏离最优值情况下的浮置板轨道低频域(32 Hz)振动控制效果进行分析。以钢弹簧浮置板轨道为例,建立附加吸振器的浮置板轨道有限元模型,并结合车辆-轨道耦合动力学模型进行仿真分析。计算结果表明:当吸振器阻尼偏离最优值时,浮置板位移响应在固有频率附近出现两个明显的峰值,且在偏差-75%工况下,吸振器对轨道板综合振动控制效果比最优参数工况降低2.1 d B;当刚度偏差在125%以内时,浮置板位移响应在固有频率左侧出现较为明显的峰值,且在偏差75%工况下,吸振器对轨道板综合振动控制效果增加0.5 d B。     

钢弹簧浮置板轨道结构静力学分析

建立钢弹簧浮置板轨道结构有限元模型,对其进行静力学分析。首先分析了剪力铰对钢轨和浮置板垂向位移的影响;其次分析了弹簧支座间距对浮置板应力和弯矩分布的影响;最后计算了不同扣件刚度和支座刚度组合时浮置板轨道结构的变形和受力,为今后优化钢弹簧浮置板轨道结构的设计提供了理论依据。     

基于剪力铰的浮置板轨道减振性能优化分析

采用弯剪弹簧阻尼单元模拟剪力铰对浮置板板端位移的约束作用,建立剪力铰连接条件下列车—钢弹簧浮置板轨道模型。采用模态分析法和Newmark-β法求解列车—浮置板轨道的动力响应,研究剪力铰对列车和轨道减振效果的影响,并通过不同剪力铰参数组合下的车轨动力响应分析,进行剪力铰参数组合的优化。结果表明:无剪力铰情况下,车轨动力响应在板端处均较其他位置处明显偏大,其中,板端处钢轨位移幅值较非板端处增大了57.6%,对列车长期运营及乘客舒适度造成不利影响;将剪力铰设置于浮置板板端位置,可减小板端轨道整体刚度的不连续,从而减小车轨动力响应;剪力铰的抗弯刚度可有效提高浮置板轨道的整体刚度,剪力铰的抗剪刚度则可有效降低板端位移差;通过对响应幅值的统计分析,得到在105~1012量级范围内剪力铰的抗弯刚度和抗剪刚度的最优组合为抗弯刚度5 000 MN·rad-1、抗剪刚度5 000 MN·m-1。     

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...     

市域快线钢弹簧浮置板静载强度试验研究

城市轨道交通以其巨大的社会效益和经济效益在国内得到了迅速发展。同时,它还面临着一些亟待解决的关键技术,如列车提速、列车诱发振动对轨道结构和周围环境的影响等。因此,钢弹簧浮置板受到广泛关注。基于此,设计一种适用于时速160 km市域快线的新型钢弹簧浮置板轨道,通过在实验室开展足尺模型静载试验,研究2倍列车轴重荷载作用下新型钢弹簧浮置板轨道的静载强度和承载能力,包括钢轨和浮置板的变形,浮置板应力及裂缝发展规律。研究结果表明：1)钢轨相对垂向位移随静载增加呈非线性增长,浮置板垂向位移随静载增加呈线性增长,且在650 kN之后增长速率有所提升,双倍轴重750 kN荷载作用下分配梁处钢轨最大相对位移为1.524 mm,浮置板板中最大位移为1.135 mm;2)浮置板受力以纵向应力为主,应力随静载增加呈线性增长,650 kN后,应力变化加剧,达到750 kN时,板边底面纵向拉应力为5.33 MPa,超过C50混凝土轴心抗拉强度;3)荷载达到750 kN时,浮置板跨中底面产生裂缝,最大裂缝宽度为0.14 mm,荷载达到1 100 kN时,最大裂缝宽度为0.28 mm。研究结果表明,新型高速钢弹簧浮置...     

道岔区钢弹簧浮置板轨道结构静力分析

为研究道岔区钢弹簧浮置板轨道结构的受力特性,为道岔区钢弹簧浮置板的设计和使用提供依据,根据国外道岔区钢弹簧浮置板的设计,并结合某地铁线路道岔区的线路条件,建立了道岔区钢弹簧浮置板轨道的三维有限元模型,分析直向和侧向施加静荷载时道岔浮置板的纵横向弯矩包络图、应力以及基本轨和里轨垂向位移差的分布规律,并比较荷载作用在道岔浮置板直股和曲股以及正线浮置板时,钢弹簧浮置板弯矩包络图的区别。通过分析得出道岔区钢弹簧浮置板沿纵向和横向的受力虽不均匀,尤其是转辙部位和辙叉至道岔浮置板后端部位,但是道岔浮置板所受弯矩和应力以及基本轨和里轨的位移差都在允许范围内。     

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。     

浮置板板下胶垫的温变特性及其对轮轨系统的影响

以我国地铁常用浮置板板下胶垫为研究对象,测取-40~30℃的温度环境中板下胶垫的静刚度。建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型,分析板下胶垫的温度敏感性以及不同温度环境下板下胶垫温变刚度对轮轨系统动力响应特征。研究结果表明:板下胶垫静刚度在工作荷载范围内为常量,不具有幅变非线性特征。板下胶垫的线性静刚度随着温度的降低而急剧升高,增幅高达224%以上。板下胶垫的温变刚度主要影响橡胶隔振垫浮置板轨道的浮置板位移,浮置板垂向最大位移变化率可达到204%。其次,板下胶垫的温变刚度对钢轨的垂向位移也会产生一定的影响,钢轨垂向最大位移变化率为31%。板下胶垫的温变刚度对轮轨之间作用力产生的影响较小。     

城市轨道交通大坡道及小半径曲线地段轨道结构受力和变形特性分析

采用有限元法建立了大坡道及小半径曲线地段的长枕埋入式轨道和浮置板轨道结构模型,分析列车紧急制动下坡通过曲线时的钢轨受力、轨道结构底部支反力及轨道板的位移。结果表明:浮置板轨道结构的钢轨纵向力大于长枕埋入式轨道钢轨纵向力;长枕埋入式轨道结构底部纵向支反力大于浮置板轨道隔振弹簧的纵向支反力,垂向支反力小于浮置板隔振弹簧垂向支反力。列车转向架处于浮置板两端时会引起轨道板垂向位移增大,对剪力铰影响较大;纵向位移自列车荷载作用处向浮置板两端递减,纵向位移最大值约为0.30 mm;列车通过曲线时易引起浮置板向外轨方向发生横向位移和倾斜。     

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。     

地铁扣件e型弹条受载特征分析

为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类型.研究结果表明:弹条现场断裂位置普遍出现在小圆弧与中肢连接处,弹条在正常安装状态下其等效应力最大...     

浮置板轨道系统动力响应分析

为了分析浮置板轨道的动态特性,根据结构动力学原理建立浮置短板-隧道、浮置长板-隧道和普通轨道-隧道的有限元模型。利用落轴冲击仿真分析和施加实测轮轨力进行动力响应分析两种方法,对浮置短板、浮置长板和普通轨道进行仿真分析,对比分析了其动力响应性能。落轴冲击分析结果和施加实测轮轨力谐响应分析的结论一致。这表明:浮置板轨道隔振性能主要由其固有频率决定,只要浮置短板和浮置长板的固有频率相同,隔振性能基本相同。可以通过增加浮置板质量和降低浮置板支承刚度的方法降低浮置板轨道系统的固有频率,以达到较好的隔振性能。     

CA砂浆弹模对框架板式轨道翘曲应力的影响分析

采用有限元分析法,对框架板在温度梯度作用下的翘曲应力进行仿真计算,分析了砂浆弹性模量的变化对框架板温度效应的影响。结果表明:在温度荷载作用下,框架板式轨道框架角点处和凸台边缘处将产生局部翘曲应力的集中,最大的翘曲应力产生在轨道板角点处,并产生最大的翘曲位移;随着CA砂浆弹模的增加,轨道板应力集中区域的最大翘曲应力逐渐减小,轨道板角点翘曲位移也逐渐减小。     

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。     

城际铁路浮置板轨道隔振垫刚度取值研究

目前,隔振垫浮置板轨道在城际铁路中已有应用,但对隔振垫刚度值选取缺乏系统性研究,导致其减振效果难以达到预期,针对此,开展隔振垫浮置板轨道合理刚度取值系统研究.通过建立车轨空间耦合模型和轨道-隧道-土体有限元模型,分析时速160～250 km城际铁路隧道段隔振垫浮置板轨道安全性、稳定性及减振效果,最终确定隔振垫刚度合理取...     

基于弹条与T型螺栓受力安全的WJ-7型扣件安装扭矩最大限值分析

为了合理确定高速铁路无砟轨道WJ-7型扣件安装扭矩最大限值,建立高速车辆-轨道耦合动力学模型,计算分析钢轨垂向动位移变化特征,进而构建WJ-7型扣件系统有限元模型.以钢轨位移和扣件安装扭矩最大限值为输入荷载,分析扣件安装扭矩对弹条及T型螺栓应力状态的影响,提出扣件安装扭矩最大限值的取值建议.结果表明:WJ-7型扣件弹条...     

浮置板轨道结构的振动频率分析

浮置板轨道结构在城市轨道交通中的减振降噪效果最显著,而其减振性能与它的固有频率有关.通过建立浮置板轨道有限元分析模型,对浮置板轨道进行了模态分析.分析了浮置板轨道的断面形状、弹性支座刚度、浮置板长度、弹性支座布置间距等对浮置板轨道系统振动频率的影响.分析结果可为浮置板轨道结构的优化隔振设计提供一定的理论依据.     

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。     

地铁弹条Ⅱ型分开式扣件力学特性研究

为完善优化地铁扣件的设计理论,针对弹条Ⅱ型分开式扣件的伤损特性,参考深圳地铁一期采用的WJ-3弹条Ⅱ型分开式扣件的结构形式,简化建立扣件系统静力学模型。基于有限单元法,计算分析弹性模量对扣压力的影响以及列车横向力、列车荷载作用下的垂向振动、压紧位移对弹条内部应力分布的影响。结果表明:压紧位移对弹条中的应力分布和最大应力的影响更为显著,当压紧位移超过10 mm时,弹条后肢弯位置可能折断。依据计算结果得出3种荷载下的弹条应力分布规律,同时从弹条强度出发,初步提出弹条的预压缩量和压紧位移限值,预压缩量不超过5 mm,压紧位移应小于9 mm。