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。     

城市轨道交通低频减振轨道结构研究

针对城市轨道交通常规减振型轨道结构在低频域(30Hz)范围内因共振放大低频振动的现象,提出一种被动式动力减振轨道结构。基于扩展定点理论和有限单元法,利用最优同调和最优阻尼条件,得到抑制浮置板轨道1阶模态振动的最优刚度和阻尼。以短型钢弹簧浮置板轨道为例,建立车辆-被动式动力减振浮置板轨道耦合动力学模型。计算结果表明:被动式动力减振浮置板可有效抑制13 Hz(短型浮置板1阶固有频率)附近的振动加速度,质量比为0.2时被动式动力减振浮置板使13Hz处振动降低12dB;被动式动力减振浮置板使弹簧支点反力在13Hz附近的峰值明显降低,有效降低传递至周围建筑物的低频振动;被动式动力减振浮置板轨道结构的质量比越大,其对1阶模态振动的减振效果越好。     

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。     

浮置板轨道系统动力响应分析

研究目的:随着交通密度的不断增加,荷载不断加重,车速不断提高,交通引起的振动对城市生活环境和工作环境产生极大的影响,交通引起的振动已经成为环境公害。浮置板轨道系统具有良好的减振性能,因而在工程中获得了广泛的应用。研究方法:建立浮置板轨道结构双层连续弹性梁模型,用傅里叶变换法并且借助MATLAB软件编制程序求得了轨道结构的振动响应,得到了传递到地面的最大激振力与激振频率的关系曲线,分析了浮置板弹性支撑刚度、阻尼及浮置板的单位长度质量对浮置板轨道系统减振效果的影响。研究结果:得到了浮置板弹性支撑刚度的合理取值范围为6~30 MN/m,浮置板支撑阻尼的合理取值范围为40~80 kN.s/m,及浮置板的单位长度质量的合理取值范围为2 000~4 000 kg/m。研究结论:浮置板轨道系统对较高激振频率的振动有很好的减振效果,浮置板弹性支撑刚度的取值越小浮置板减振效果越好。     

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。     

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。     

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.     

北京地铁5号线钢弹簧浮置板轨道减振效果测试与分析

钢弹簧浮置板轨道是我国城市轨道交通采用的主要减振措施之一。在北京地铁5号线灯市口站—东四站区间,测试运营地铁在浮置板轨道地段和普通整体道床地段的地面垂向振动加速度,并进行时域和1/3倍频程频谱分析。分析结果表明:钢弹簧浮置板轨道对隧道正上方减振效果最好,在两侧,随着距离的增大减振效果逐步变小。钢弹簧浮置板轨道对10 Hz以内的振动成分没有作用,地面振动的能量主要分布在10～20 Hz,钢弹簧浮置板轨道对此频域范围内的减振效果最好。     

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。     

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...     

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。     

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.     

MTMDs对浮置板轨道结构隔振性能的影响分析

本文建立车辆-浮置板轨道-MTMDs(调谐质量阻尼器)垂向耦合振动频域模型,其中车辆被视为2个转向架双层悬挂的多刚体系统、钢轨被视为离散点支承的无限长Timoshenko梁、浮置板被视为Kirchhoff薄板结构、MTMDs简化为质量-弹簧模型、扣件和板下钢弹簧被视为线性弹簧阻尼单元,通过Matlab软件编制程序计算分析在轨道不平顺作用下MTMDs及MTMDs与基体的质量比对浮置板隔振性能的影响。研究结果表明:在轨道不平顺激励下,针对浮置板轨道固有频率设计的MTMDs能够较有效抑制浮置板结构在固有频率附近的振动放大,同时也能减小扣件系统的力传递率和浮置板垂向振动加速度;MTMDs质量的变化在浮置板固有频率附近产生较大影响,在其他频段几乎不产生影响。在浮置板轨道固有频率附近,随着MTMDs质量的增加,浮置板轨道力传递率峰值、扣件的力传递率峰值以及浮置板垂向加速度功率谱峰值越小,其振动控制率越大。MTMDs总质量与浮置板质量比为0.1时,其在浮置板固有频率附近对浮置板力传递的控制率达到30%以上,已较好抑制浮置板在固有频率附近对振动的放大。     

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。     

地铁—建筑物合建结构中钢弹簧浮置板轨道基频优选影响因素

结合2个合建工程实例,通过结构的模态分析和钢弹簧支反力的特征分析,研究地铁—建筑物合建结构中钢弹簧浮置板轨道基频优选的影响因素。结果表明:对于不同的地铁—建筑物合建结构,当其竖向自由振动频率在20~80 Hz范围内时,累积的参振质量比例均较高,达50%以上,而在与钢弹簧浮置板轨道基频相近的4~10 Hz竖向自由振动频率范围内,参振质量比例的分布情况却差异较大,这与合建结构的型式和刚度等因素有关;在其他参数不变的情况下,随着钢弹簧浮置板厚度的增加,钢弹簧浮置板的固有频率在向低频移动的同时,虽提高了轨道结构对中高频振动的减振效率,但在钢弹簧浮置板固有频率附近被放大的能量也将随之增加,进而会加大合建结构的低频受迫振动响应。因此对于地铁-建筑物合建结构工程,在选取钢弹簧浮置板轨道基频时,需要综合考虑合建结构型式、结构刚度以及钢弹簧支反力的时域与频域特性。     

城际铁路橡胶浮置板轨道动力特性理论试验研究

城际铁路沿线振动敏感区段多、减振要求较高，橡胶浮置板轨道以其良好的减振性能得到了广泛应用。为研究橡胶浮置板轨道结构动力学特性及其影响因素，建立车辆-橡胶浮置板轨道动力学模型，并开展室内落轴冲击试验，分别从理论与试验角度对橡胶浮置板轨道动力特性进行研究。主要结论如下：(1)橡胶浮置板轨道能够保证城际铁路平顺性要求，轨道结构位移、振动加速度等指标均满足标准要求；(2)城际铁路轨道振动基频在64 Hz附近，橡胶垫刚度越小，振动控制效果越好，刚度建议取0.019～0.042 N/mm³;(3)底座振动随车速呈线性增大，设计速度的提高对1～8 Hz及80 Hz以上振动有明显放大作用；(4)通过落轴试验证明，橡胶浮置板轨道在32～100 Hz频段内具有良好减振效果，可减小底座振动8 dB。     

地铁钢弹簧浮置板阻尼参数试验及其对行车的影响研究

钢弹簧隔振器阻尼比是影响钢弹簧浮置板轨道结构减振降噪作用效果的重要参数之一,钢弹簧隔振器阻尼比在设计、制造及日常维养中如何精确测量是行业关注的焦点.结合锤击试验及刚柔耦合数值分析,研究浮置板轨道振动传递特性及阻尼参数对地铁行车的影响.结果表明:(1)锤击力在2～4档是其合适范围,计算自由衰减振动的钢弹簧阻尼比时合适的波...     

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。