地铁列车经过轨道结构的振动研究

研究目的:通过建立轨道结构连续弹性双层梁模型,研究分析列车速度、轨道不平顺、钢轨垫板刚度和轨枕垫板刚度对轨道振动的影响,从而为工程实践提供技术依据.研究结论:车速对轨道结构振动影响明显,随着车速的增加,轨枕的振动速度明显增加,整体道床的作用反力峰值也有很大的增加,而且作用力的频率段也随着车速的提高而增长.轨道不平顺对轨道结构振动非常敏感,因此对钢轨表面和车轮踏面的日常维护对轨道结构的减振和安全有非常大的意义.轨枕和整体道床之间的橡胶减振套刚度对轨道结构振动有很大的影响,刚度增加会引起轨枕的速度明显减小,但整体道床反作用力会增加,而相应的频谱没什么变化.从隧道结构的安全来讲,橡胶减振套刚度应取较小值.     

维修天窗期城市轨道交通整体道床拆换技术

城市轨道交通整体道床服役过程中易出现基底破损开裂、道床翻浆冒泥、基床整体变形、线路几何形位超限、轨道上拱等病害,影响轨道结构稳定性和耐久性。本文针对城市轨道交通整体道床结构形式与特点,系统地阐述轨道结构拆换、临时过渡措施、无缝线路恢复等关键技术及流程,提出了维修天窗期整体道床快速拆换的技术方案,为城市轨道交通整体道床类似病害的整治提供借鉴。     

基于轨道元的运动有限元分析

基于轨道纵向条带状分布的规则性结构,建立轨道元的运动有限元数值计算方法与轨道结构空间整体模型,分析钢轨与轨枕所采用的空间Timoshenko梁单元有限元控制方程的形成,阐述轨道元单元移动的数值计算过程和边界条件的处理方法.轨道元作为数学模型,从形式上表现为轨枕间距长度范围内的一段轨道截矩,涵盖一根轨枕及其相应钢轨、扣件、弹性垫层、道床与路基在内的动力学特性,应用列车前后适时"增加与缩减"一个(或多个)轨道元的方法,可进行无限长轨道结构的动态响应分析.理论计算与实测结果对比表明,所建基于轨道元的运动有限元模型及其程序能够反映轨道结构的振动特性及进行相应的动力性能分析.     

道床裂纹对无砟轨道振动的影响初探

为研究无砟轨道道床开裂后结构受力,将混凝土道床简化为黏弹性连续支承梁,引入损伤函数表达道床裂纹,基于轮轨系统动力学理论,建立考虑道床裂纹的车辆-双块式轨道垂向耦合动力学模型,计算分析了高速车辆通过具有半波余弦不平顺轨道时的振动响应,并分析了车辆速度对轨道有无裂纹时振动的影响.结果表明,道床裂纹对车辆和钢轨的振动影响很小,而对道床本身及其下部结构的振动影响较为显著,道床动弯应力和路基面动应力随着车辆速度的增大而明显增大.     

改进弹性支承块式无砟轨道力学性能研究

受列车振动与温差、风雨洗刷作用,弹性支承块式无砟轨道出现橡胶套靴老化离缝、轨枕破损及翻浆冒泥等病害。为加强结构界面黏结整体稳定性并降低破损劣化,提出采用“双层非线性减振扣件+预制短轨枕”进行弹性短轨枕结构原位换铺的道床改造方案,将道床减振改造为扣件减振并简述了轨道结构整治施工工艺。在此基础上,进行换铺前后轨道结构振动力学性能研究与受力特性分析,结合运营实际总结了整治效果。研究结果表明：采用预制短轨枕方案进行原位换铺的施工工艺为拆除破损弹性短轨枕、道床坑凿毛、安装新预制短轨枕及减振扣件、钻孔植筋、除尘灌浆等序列工序,可保证铺设精度,加快施工进度;采用具有枕下橡胶垫层的弹性短轨枕轨道结构其减振性能更为优良,但枕下弹性橡胶垫层易老化失效,应重点维护橡胶套靴与道床坑结合面黏结密封性,避免短轨枕-橡胶套靴-混凝土道床之间剥离而造成结构松动;改造后采用双层非线性减振扣件的轨道各结构垂向位移均有所减小,轨道结构线路形位更为优良,但道床板结构的垂向加速度增幅86.9%;改造后的轨道结构采用扣件减振整治方案可实施性强,轨道主要结构形位保持能力强,可有效解决弹性短轨枕轨道的相关病害问题。     

地铁隧道不同轨道结构形式对建筑物减振的仿真分析

建立隧道-土层-某建筑物的二维有限元模型,分别施加整体道床和钢弹簧浮置板道床区段的实测边墙竖向加速度,计算出不同轨道结构形式下建筑物的振动响应.计算结果表明,埋深相同时钢弹簧浮置板道床相对于整体道床可使邻近建筑物竖向振动加速度减小约80%;采用整体道床时邻近建筑的竖向振动加速度随隧道埋深增大迅速减小,而采用钢弹簧浮置板道床时建筑竖向振动加速度随埋深增大减小缓慢.     

铁路隧道内无砟轨道结构病害检测与快速修复技术

分析北京一通辽快速铁路梨树沟隧道内无砟轨道基底结构病害现状,提出病害整治原则。论述基底换填、整体轨道板维修、加强或增设排水设施、增加扣件可调变形量和灌注水泥浆整治方法。针对梨树沟隧道整体道床裂缝、下沉等病害,采用高强发泡树脂（4．75＃）进行注浆加固处理,对注浆前后动变形进行对比测试、物探测试和原位探测并进行分析,检验实际效果。结合我国无砟轨道结构病害类型及产生机理,进一步研究无砟轨道结构病害检测与快速修复技术。     

时速120 km地铁梯形轨枕轨道现场测试与分析

为详细评价速度120 km/h地铁中梯形轨枕轨道的减振效果,通过对某地铁线路现场测试的方法,在时域和频域内对比分析梯形轨枕轨道较普通长枕整体道床轨道的减振效果。结果表明:梯形轨枕轨道从振动根源处就得到了有效的减振且减振的效果较好。普通长枕整体道床轨道能有效减弱振动加速度从钢轨至道床的传播,但是从道床至隧道振动加速度的衰减效果要弱于梯形轨枕轨道。梯形轨枕轨道减振效果整体好于普通长枕整体道床轨道,且能有效地降低中高频段的噪声。     

32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度

针对以往轨道刚度计算方法只能得出轨下垫板静刚度的取值范围或下限值,而不能确定轨道整体刚度的问题,运用大型轮轨动力学软件NUCARS建立32.5t轴重货车—轨道系统耦合动力学模型,采用动力敏感系数分析方法,通过分析轨道结构各种部件刚度组合情况下的车辆、轨道系统动力特性,研究32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度。结果表明:钢轨垂向位移、道床压力和垫板压力对垫板刚度较为敏感;轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度、道床压力对道床刚度较为敏感;以轨道动力特性的综合效应最小为目标建立目标函数,筛选得出32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道结构的部件刚度最优匹配方案是轨下垫板刚度为140kN·mm-1,道床刚度为150kN·mm-1;最优部件刚度匹配方案所对应的轨道结构整体刚度为82kN·mm-1。     

城市轨道交通整体道床改造工程特点及其实施建议

随着城市轨道交通线路运营年限的不断增长,轨道结构的各种病害逐步呈现,线路的养护维修已成为城市轨道交通维护中的一项重要工作内容.介绍了多个整体道床轨道结构病害处理案例,在此基础上,将整体道床改造需求分为应急抢修、病害治理和环保升级三类,并分析了各自的适用情况.提出了整体道床改造工程的施工特点和实施原则,并针对未来如何更好地实施整体道床改造工程提出了相关建议.     

宁波轨道交通高架段减振轨道降噪效果测试分析

在宁波轨道交通1号线一期工程高架段开展了无声屏障条件下的普通整体道床、梯形轨枕和减振垫道床等三种轨道结构的噪声对比试验,分析了各轨道结构不同测点处噪声的频谱特性,对比了不同轨道结构的实际降噪效果。结果表明:相较于普通整体道床,采用梯形轨枕或减振垫道床后,有的测点噪声减小,但多数测点噪声增大;梯形轨枕和减振垫道床减小了桥梁结构噪声,但同时增大了轮轨噪声;减振垫道床各测点处噪声插入损失均比梯形轨枕大,减振垫道床的降噪效果较梯形轨枕好。     

地铁减振板式轨道动力测试与减振特性研究

地铁减振板式轨道作为一种新型轨道结构,具有质量高、施工快、维修少等特点,在地铁线路中逐渐得到推广应用。为揭示地铁板式轨道减振效果,选取天津地铁5号线板式轨道、现浇整体道床断面,采用现场试验和数值模拟方法,对其动力学行为和减振特性进行研究。结果表明:与现浇整体道床相比,地铁板式轨道降低了轮轨横、垂向力和安全性指标,有利于行车安全;由于板式轨道整体刚度较低,钢轨垂向位移略有增加;板式轨道与整体道床结构振动由上至下依次减小,且板式轨道减小幅度更为显著;与现浇整体道床相比,除轨道板振动加速度增大外,其余结构加速度均一定程度减小;板式轨道隧道壁处时域上减振明显,频域上全频段减振,最高减振达16.92 dB。     

弹性长枕整体道床合理轨下刚度有限元分析

文章基于有限元理论，建立弹性长枕整体道床结构计算模型，模拟了落轴试验的整个过程，对轨道的动力特性及减振性能进行分析，分析轨下刚度的合理范围，为弹性长枕整体道床结构的养护维修、铺设和设计提供指导。     

城市轨道交通有碴轨道结构合理道床厚度的探讨

有轨道是城市轨道交通地面线最常采用的轨道结构，现行的地铁设计规范对道床厚度的选择仅根据轨道强度要求和国铁的经验确定，本文应用轨道结构强度计算理论及车辆－轨道耦合振动动力学仿真计算模型，分析了不同道床厚度对相关轨道结构部件的影响，得出了合理道床厚度的建议值。     

钢轨动力吸振器对地铁车轨振动的影响分析

基于车轨耦合动力学理论,建立地铁车辆与地铁常用整体道床轨道的耦合动力学模型。对比地铁车辆在加装动力吸振器和未加装钢轨动力吸振器的轨道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,综合分析其对车辆和轨道的影响,对钢轨动力吸振器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,地铁整体道床轨道在加装钢轨动力吸振器以后,车体垂向加速度受到的影响很微小;轮轨动作用力有减小趋势;钢轨加速度和道床板表面加速度在钢轨pinned-pinned共振频率附近有明显的降低。安装钢轨动力吸振器有利于轨道减振降噪,对轮轨动作用力的降低也有益处。     

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.     

轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响

建立轨道结构三维实体有限元模型,同时考虑钢轨、轨下垫层、轨枕和道床,并与已有轨道结构振动模型的数值结果进行比较。结果表明,本文模型的数值结果在高频部分较合理,能够反映轨道结构高频振动特性。分析不同轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响,这些轨道结构参数主要包括钢轨材料损失因子和钢轨质量、轨下垫层损失因子和垂向刚度、轨枕质量和损失因子、道床的刚度与阻尼特性等。分析结果表明,轨道结构参数的改变对钢轨和轨枕在不同频域范围影响不同,通过合理的轨道结构系统参数优化设置,可达到减振降噪效果。相关计算和分析结果可为低噪声轨道的设计提供依据与参考。     

高速列车作用下双块式无砟轨道与路基垂向耦合振动分析

针对双块式无砟轨道和路基的结构特点,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学频域分析模型,模型充分考虑机车车辆、双块式无砟轨道和路基的相互耦合作用。车体、转向架和轮对被视为多刚体系统,一系和二系悬挂用弹簧阻尼元件模拟;双块式无砟轨道和路基系统视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联结。推导双块式无砟轨道和路基系统振动响应的解析表达式,计算得出轨道和路基耦合系统的动柔度特性,结合虚拟激励法提出该模型在轨道随机不平顺激励时动力学响应的求解方法,分析高速列车荷载作用下双块式无砟轨道和路基的随机振动响应及其振动传递特性。研究结果表明:在10～5 000Hz频率范围内,钢轨的动柔度幅值远大于道床与路基的动柔度幅值,而道床动柔度幅值在30Hz以上频段大于路基的动柔度幅值;钢轨振动的能量分布频段较道床和路基要宽,道床和路基振动主要集中于163.9Hz左右频段;对于无砟轨道和路基耦合系统的振动功率,钢轨最大,道床次之,路基最小;道床和路基振动功率在100Hz以上中高频段,衰减比较快,而在100Hz以下低频段,其衰减不明显;在300Hz以上高频段,钢轨-路基间振动衰减较大,其主要原因是受钢轨-道床间振动衰减波动的影响。     

城市轨道交通预制板轨道设计及应用综述

传统城市轨道交通轨道主要采用的现浇整体道床存在施工质量差、施工进度慢、容易出现各种病害等诸多不足之处,预制板轨道以其整体性强、施工质量好等优势,已成为轨道应用的趋势.重点介绍我国高速铁路的3种板式无砟轨道,并系统阐述各主要城市轨道交通预制板轨道结构及其应用情况.研究表明,在借鉴高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的基础...     

地下线路浮置板轨道减振特性仿真分析

为了分析地下线路采用浮置板轨道的减振效果,建立了车辆—轨道—隧道—土层—建筑物的三维有限元模型,分别计算了采用普通整体道床轨道和浮置板轨道两种工况下建筑物的三向振动加速度。结果表明:列车运行引起的建筑物振动,以垂直于线路方向的横向振动为主,其次为垂向振动,平行于线路方向的纵向振动最小;采用浮置板轨道后,楼柱节点的横向、纵向加速度振级明显减小,且随着距地面高度的增高,降幅基本一致,约为11 dB;采用普通整体道床轨道和浮置板轨道时,楼板垂向振动规律基本一致,即随着楼层的增加,楼板垂向振动呈现先减小后增大的趋势,但是相差较小。