浮置板轨道结构振动模态分析

人们对城市轨道交通所产生的振动及噪声污染问题越来越重视,为此在减振要求特殊地段采用了浮置板轨道结构.而轨道结构的减振性能与其固有频率有关,因此需要对轨道结构的动力特性进行更深入的研究.建立了浮置板轨道系统的振动分析模型,并对浮置板轨道系统进行了模态分析,得到了该系统的振动动力特性(固有频率、振型).     

振动模态分析在浮置板轨道结构上的应用

随着城市轨道交通在国内的快速发展,列车运营所产生的振动及噪声污染问题将越来越突出。为此,在减振要求特殊地段采用浮置板轨道结构,而轨道结构的减振性能与其固有频率有关,因此需要对轨道结构的动力特性进行更深入的研究。在建立浮置板轨道系统的振动分析模型基础上,对浮置板轨道系统进行模态分析,得到该系统的振动动力特性(固有频率、振型),可为轨道结构的合理设计提供一定的理论依据。     

减振型板式轨道的模态分析

以减振型板式轨道为研究对象,运用ANSYS有限元软件,建立减振型板式轨道的三维实体有限元计算模型,对不同结构尺寸以及不同扣件刚度与支承间距条件下的轨道结构进行了模态分析,得到了系统的固有频率与模态振型.计算结果表明,轨道板结构尺寸对系统的固有频率影响较大,为分析板式轨道结构的振动性能和系统的改进设计提供了理论依据.     

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。     

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。     

地铁轨道道床减振垫减振性能研究

道床减振垫已在郑州地铁轨道上得到了实际应用。通过进行轨道静态锤击试验及在车辆正常运行条件下的轨道动态变形和振动测试,分析道床减振垫的减振性能。结果表明:道床减振垫实际应用时的固有频率为25.4 Hz,道床减振垫竖向振动频率在250 Hz、横向振动频率在100 Hz处的振动衰减趋势较大;在20~400 Hz频率范围内,采用道床减振垫相对于不采用道床减振垫的平均减振量为24.4 dB;在车辆正常运行条件下,轨道的动态变形满足列车安全运行的要求,隧道壁的竖向振动相对于不采用道床减振垫减少了15.7 dB;在静态和动态测试条件下,采用道床减振垫的减振量基本一致,具有较好的减振效果。     

城市轨道车辆车体被动式吸振器减振设计研究

针对城市轨道车辆车体振动的问题,建立了含被动式吸振器的车轨垂向振动模型,指出了传统二自由度被动式吸振器应用在轨道车辆上的局限性,提出了适用于城市轨道车辆车体被动式吸振器减振设计方法,利用Sperling平稳性指标验证了被动式吸振器在不同速度和载客量工况下的减振效果,探讨了被动式吸振器的安装可行性。研究结果表明:传统被动式吸振器的减振最佳点偏离了车体固有频率点,存在一定的偏差;优化设计后的被动式吸振器的最佳减振点和车体固有频率点相互吻合,具有最优减振效果。不同速度和载客量工况下,优化设计的被动式吸振器都能获得较好的减振效果,应用在轨道车辆车体上具有可行性。为利用被动式吸振器来降低车体振动的研究和应用提供了参考依据。     

地铁减振垫轨道结构对车致环境振动的影响分析

减振垫轨道是城市轨道交通高等减振措施中常用的一种轨道结构。为了研究减振垫轨道结构对车致环境振动的影响,首先对减振垫轨道的模态进行分析,其次建立了地铁列车-减振垫轨道-隧道-土体-建筑物系统模型。该系统模型分为两个子模型,将子模型1中的竖向轮轨力作为子模型2的外加激励,计算分析了轨道板、隧道壁、地面和楼层的车致振动加速度特性与振级特性。研究结果表明:由列车运营引起的振动在传递途径中,竖向振动加速度由轨道板到隧道壁的衰减量远大于由隧道壁到地面的衰减量,楼层和地面的竖向振动加速度水平基本相当;轨道板、隧道壁、地面和楼层的1/3倍频程加速度级两个峰值对应的中心频率31.5 Hz、80 Hz与轨道板第5阶、第10阶主振型的固有频率有关;减振垫轨道的中心频率介于3.15 Hz和8 Hz之间的减振效果较好;隧道埋深大于11 m,以及采用减振垫轨道结构的情况下,隧道正上方地面和楼层的Z振级最大值均小于70 dB,能够满足环评标准的要求。     

基于TRIZ理论的低频减振轨道结构研究

研究目的:针对常规浮置板轨道结构会放大低频振动的现象,基于发明问题解决理论(TRIZ)的思想和方法,利用发明原理、流分析等工具,提出低频减振轨道结构方案,并对部分方案进行数值仿真验证。研究结论:(1)利用空间分离原理,提出"分离式"轨道板结构,可克服"刚度既要低,又要大"这个物理矛盾;(2)利用流分析中"结合一个反流"的方法,提出"被动式动力减振"轨道结构,即在轨道板上弹性连接一个附加质量块,通过附加质量块相对于轨道板的反相位振动,可实现在常规浮置板轨道结构固有频率处施加一个反流的目的,从而消除常规浮置板轨道结构会放大低频振动的现象;(3)利用多体系统动力学和有限元技术,建立了车辆-被动式动力减振浮置板轨道结构耦合振动模型,计算结果表明:被动式动力减振浮置板轨道结构可以有效地抑制常规浮置板轨道结构在13 Hz(一阶模态)附近的低频振动,浮置板振动加速度由1.06 m/s~2减小到0.25 m/s~2,降低幅度达76%;(4)本研究结果可供低频减振轨道结构设计参考。     

两侧半铺减振垫浮置板轨道设计及振动特性研究

为了改善减振垫浮置板轨道的减振效果，基于定性理论分析，通过优化设计，提出了新型的两侧半铺减振垫浮置板轨道，并制作足尺模型，采用落锤激振方法对其振动特性进行了测试及分析。结果表明：适当减小减振垫铺设面积可以提高浮置板轨道的减振性能，降低隔振频率，优化后其固有频率从31.9 Hz降至26.6 Hz；采用不同落锤进行激振试验得到的振动响应均与现场实测结果有一定差异，其中自动落锤的响应频带与实测结果相对接近，可以在一定程度上模拟实际工况下轨道结构的振动；在实际工况中振动响应最大的100 Hz频率处，相比于非减振轨道，两侧半铺减振垫浮置板轨道在底座板处的振动插入损失约为8 dB，减振效果显著。     

基于各向异性材料的全预应力梁自振频率的研究

研究目的：探讨从各向异性材料的角度，对全预应力梁中力筋预应力和自振频率间的相关关系进行分析研究，为进一步开展预应力梁的动测技术研究打下基础。研究方法：将预应力混凝土梁按各向异性复合材料进行理论分析和计算。 研究结果：推导出铁木辛柯型预应力梁的自振频率的计算公式。 研究结论：本文的分析方法和计算公式能比较好地反映梁的自振频率随预应力增加而增加的变化趋势，计算的结果与试验数据吻合较好，前二阶频率的计算具有较高的精度。在进行全预应力混凝土梁自振频率的研究中，将混凝土材料看作各向异性复合材料进行分析是可行的。     

地铁线路下穿燃气调压站引起的环境振动影响及控制措施研究

近年来,我国大城市地铁线网和城市燃气管网密度日益增大,地铁线路不可避免下穿燃气管线及其调压站,而地铁列车运行对燃气设施产生的振动影响及其控制措施研究少见报道。以某地铁线路下穿燃气调压站实际工程为分析对象,综合采用地铁振动类比测试和数值仿真计算方法对燃气调压站受地铁振动影响情况进行了预测分析,提出"减振垫-厚重筏板基础-减振垫-箱形设备基础"隔振控制方案,并对其隔振效果进行数值仿真分析。分析结果表明:控制措施实施前,3个燃气设备基础Z振级预测值为78.3~81.4 dB,加速度峰值为0.155~0.22 m/s^2;控制措施实施后,Z振级降为69.9~73.4 dB,加速度峰值平均下降61%,控制措施效果明显。     

铁路桥梁基础受冲刷对桥墩自振特性的影响分析

以城鸡线2K+614 m桥5号桥墩为研究对象,通过挖开桥墩基础周围覆盖层土体的不同厚度模拟基础受冲刷程度,运用冲击振动试验法进行桥墩自振特性测试,分析桥梁基础受冲刷对桥墩自振特性的影响。结果表明:桥墩基础周围覆盖土层厚度的减少会降低桥墩的自振频率,并使桥墩的刚体摆动趋势增强;减少的土体越靠近地面对桥墩自振频率的影响越大。采用弹性系数模拟桥墩基础周围土体对桥墩的约束,建立有限元模型,并通过改变弹性系数值模拟覆盖土层厚度变化对基础的约束影响,分析基础在不同冲刷程度下桥墩自振特性的变化规律。用有限元法、能量法和回归法分析覆盖土层厚度变化对桥墩自振特性影响的结果与实测结果的比较表明:有限元法比能量法和回归法能更好地预测基础受冲刷对桥墩自振特性的影响。     

车体振动评估技术的进展

川崎重工利用试验提出一种新方法,该方法可以准确地预测与车辆运行品质密切相关的车体自振频率。川崎重工的试验表明,车体的自振频率与乘客的多少及乘车状态无关,只是随着乘客的增加,车体振动加速度幅值减小。将乘客看成弹簧进行模型化,用有限元模型进行计算分析,所得结果与试验结果完全一致。因此,乘客对车体振动的影响可以用理论分析的方法来预测。     

高架轨道-桥梁耦合系统振动特性分析

分别建立了钢弹簧浮置板轨道-桥梁耦合系统、弹性扣件轨道-桥梁耦合系统的有限元模型,分析比较了该2种轨道-桥梁耦合系统在不同桥梁支座下的振动特性。结果表明,桥梁弹性支座降低了系统的刚度,从而使系统的固有频率低于刚性支座下的固有频率;钢弹簧浮置板轨道-桥梁耦合系统的固有频率随着轨道板下弹簧刚度的增大而增大;扣件刚度的改变对于弹性扣件轨道-桥梁耦合系统的振动特性几乎没有影响;钢弹簧浮置板轨道-桥梁耦合系统以及弹性扣件轨道-桥梁耦合系统的固有频率均低于桥梁自身的固有频率。     

土-结构相互作用时地下车站自振频率分析

文章考虑土-结构相互作用影响,对土-地下车站结构系统的自振频率进行定量分析,计算了不同场地条件下车站的自振特性,得到了周围土体与车站结构的模量比和软土层埋深不同对土-地下车站结构系统自振频率的影响,得到的结果对于地下车站抗震设计具有指导意义。     

点式幕墙单层索网支承体系非线性固有振动

阐述了单层平面索网幕墙结构固有振动特性分析的特点,编写了相应的有限元程序,对索网结构的自振频率进行了计算分析,并讨论了节点质量、拉索截面积、拉索预应力等因素对其自振频率的影响。研究结果表明,单层平面索网幕墙结构自振频率密集,具有较强的非线性。     

针对列车提速的32 m梁加固方案比选

研究目的：为避免发生桥梁结构的局部疲劳损伤以及车桥共振现象,保证桥梁结构具有足够的整体刚度和安全运营性能,同时满足列车舒适度的要求,有必要对现有桥梁进行加固。 研究方法：针对影响结构自振频度的因素并结合桥梁的实际情况,提出了几种不同的桥梁加固方案.在采用有限元方法进行模态分析之后,考虑了施工的可行性,对各方案进行了比选,提出了较为合理的加固方案。 研究结果：桥梁在车辆动荷载作用下将发生振动,目前既有线上的铁路桥梁是基于修建时设计时速进行动力设计和评估的.当列车速度提高以后,车辆激振的频率发生变化,桥梁结构的响应也相应改变.通过测试发现提速后现有桥梁的主要问题在于一阶横向自振频率偏低,桥梁横向振幅偏大。 研究结论：从影响桥梁结构固有频率的因素出发,通过有限元计算可以知道扩大横隔板和增加支架对于提高横向频率来说都是有效的加固手段.从整体效果而言,方案二的加固效果最好,而将混凝土支架替换为角钢与混凝土结合的支架同样能满足要求,同时在既有桥梁上完成这样的加固也是可行的,因此,建议使用第五种方案进行加固。     

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。