车辆-轨道耦合作用下桥上减振双块式无砟轨道减振性能研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立高速铁路车辆-轨道-桥梁耦合模型,采用有限元法,分别研究双块式无砟轨道结构中减振垫对轨道和桥梁时域、频域动力性能的影响,并研究其减振效果。研究结果表明:在时域内,减振双块式无砟轨道使钢轨、道床板的竖向位移增加,并且使道床板梁端竖向位移显著增加;使钢轨、道床板竖向加速度增加,使桥梁跨中竖向加速度明显减小。在频域内,减振双块式无砟轨道使桥梁加速度振级减小5 d B,减振效果良好,并且在10~40 Hz频率范围内减振效果最明显。然而,道床板加速度振级增加了8 d B。减振垫使振动能量更多地滞留在道床板内,对道床板的正常使用不利。     

功率流理论在无砟轨道振动研究中的应用

为研究无砟轨道振动的能量特性,应用功率流理论推导了有限元功率流法的计算公式,并以桥上减振双块式无砟轨道为例说明了功率流理论在无砟轨道振动研究中的具体应用。研究结果表明:采用功率流理论可以解释振动能量在无砟轨道振动系统中分布、传递、存储和耗散的机理,为无砟轨道振动控制及优化设计提供理论基础;在桥上减振双块式无砟轨道结构中,钢轨的振动能量主要集中在100~2 000 Hz的中高频范围,而道床板和桥梁的振动能量主要集中在20~200 Hz频率范围内;在简谐荷载作用下,振动能量通过扣件和减振垫时的衰减量各达到24 d B。     

橡胶隔振垫减振型双块式无砟轨道减振性能分析

某市域铁路高架桥地段采用双块式无砟轨道,并在道床板下设置橡胶隔振垫以满足减振要求。本文采用有限元方法建立轨道结构空间模型,通过改变道床板厚度、橡胶隔振垫刚度,对轨道结构及线下基础进行动力计算,对比分析轨道结构固有频率、振动位移幅值、振动加速度,为市域铁路建设中该类轨道结构的设计提供理论依据。     

市域铁路轻型橡胶隔振垫减振轨道系统研究

研究目的:根据环评报告、城市规划及物业开发等相关要求,温州市域铁路S1线一期工程轨道采取分级减振措施,中等减振地段采用减振扣件,高等减振地段采用橡胶隔振垫。由于高等减振地段采用橡胶隔振垫减振轨道后,为保证橡胶隔振垫铺设及道床板纵横向限位,增设底座结构,造成轨道结构高度增加,桥梁二期恒载增大。为了减少对桥梁设计的影响,本文对轻型橡胶隔振垫减振轨道开展系统研究,建立有限元模型验证该结构满足高等减振要求。研究结论:(1)通过优化无砟轨道道床板及底座几何尺寸降低轨道结构高度,减少桥梁二期恒载;(2)对轻型橡胶隔振垫减振轨道限位结构开展受力分析,确保限位结构安全可靠;(3)建立轻型橡胶隔振垫减振轨道有限元模型,对橡胶隔振垫刚度进行分析计算,确定刚度取值,保证减振效果满足高等减振要求;(4)本研究成果对市域铁路轨道减振设计具有一定的参考意义。     

郑西客运专线新渭南高架站减振型双块式无砟轨道方案研究

针对列车通过郑西客运专线新渭南高架站时对站内建筑产生振动影响问题,提出了高架站减振型双块式无砟轨道的设计方案,在道床板下设置厚度为20 mm、与道床板等长的弹性橡胶垫层,除底座厚度减小20 mm外,其他结构与标准结构一致。针对此方案,建立了车辆—轨道—桥梁一体化模型,对结构的自振频率及减振效果进行了计算分析,设置板下橡胶垫后使振动减小5~19 dB,综合减振达到12 dB,能够较好的满足环境振动要求。     

珠三角城际铁路轨道减振方案研究

珠三角城际铁路具有规划线路多、线路网络密集、多穿越城市中心城区等特点,对减振降噪有着特殊要求,结合资料调研和仿真分析,对适用于珠三角城际铁路的轨道减振方案开展系统研究。通过调研国内外无砟轨道减振措施,结合珠三角城际铁路技术标准的特点,推荐该地区城际铁路轨道减振宜采用减振型双块式无砟轨道。经静、动力学分析,提出减振型双块式无砟轨道设计参数的合理取值范围:道床板长度宜取值为6~8 m;在结构、限界等条件允许的前提下,道床板厚度宜尽量取较大的值;隔振垫刚度建议取0.025~0.04 N/mm3。当道床板厚度取353 mm,长度取值为6~8 m,隔振垫刚度取值为0.025~0.04 N/mm3时,减振型双块式无砟轨道可减振8 d B及以上。     

兰新高铁穿越长城段减振型无砟轨道减振垫合理刚度研究

减振型轨道结构是控制文物振动的有效措施之一,然而,高速铁路中减振型轨道结构尚无成熟应用经验。结合兰新高铁穿越长城段项目建设功能需求,在明确长城体水平振动速度、钢轨垂向振动加速度及钢轨垂向位移等评价指标及限值基础上,采用仿真分析法开展了减振型无砟轨道减振垫刚度变化对各评价指标影响分析,分析表明:(1)长城体水平振动速度随着减振垫刚度增加而增大;(2)钢轨垂向加速度随着减振垫刚度增加而变化不大;(3)钢轨位移随着减振垫刚度增加而减小;(4)列车运营、轨道结构服役性能及长城体保护需求的减振垫刚度应介于40~166.7 MPa/m。兰新高铁工程实施采用46 MPa/m刚度减振垫,实车测试及工程应用表明:研究成果工程应用同时满足了高铁安全、平顺、舒适性和长城体高减振性能需求。     

客运专线桥上纵连式无砟道岔伸缩力与位移影响因素分析

以武广客运专线雷大特大桥铺设CRTSⅡ型纵连式无砟道岔为例,将一组客专18号渡线、CRTSⅡ型板式无砟轨道、桥梁、墩台视为一个系统,建立了岔-板-梁-墩一体化计算模型,分析了道岔、道床板、桥墩的受力和变形规律,以及道床板伸缩刚度、滑动层摩擦系数、固结机构等对各部分变形的影响。分析结果表明:基本轨伸缩附加力和纵向位移随道床板纵向伸缩刚度的减少而越大,道岔传力部件受力随道床板伸缩刚度减小而明显减小;滑动层失效不会对轨道结构的变形造成较大影响,但对墩台和固结机构受力不利;大跨桥上有必要设置固结机构,取消固结机构对基本轨位移变化及桥梁墩台受力不利。     

橡胶隔振垫减振道床静动态特性研究

针对地铁设计中高等减振地段常用的橡胶隔振垫减振道床结构,采用ANSYS建立相应的整体道床模型,分析橡胶隔振垫减振道床板的长度、配筋率、板下胶垫刚度等影响因素,并结合模态分析综合评估减振效果。计算结果表明,道床板长度越大,减振效果越好,但是相应的道床板跨中挠度就会增大,需要提高道床板配筋率减小道床板拉应力和跨中钢轨垂向位移;对于减振型橡胶垫轨道结构,其橡胶垫刚度越小,减振效果越好,橡胶垫刚度从46MPa/m减至19MPa/m时,振级下降4.3d B,但是同时钢轨整体沉降也从2.51mm升至3.93mm。在轨道结构各项静力指标均满足要求的前提下,可优先考虑橡胶垫刚度取为19MPa/m。     

CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构优化设计研究

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构特点,提出技术合理,经济性好的优化设计方案。对传统和优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道在各种荷载作用下的结构受力进行计算对比分析,为优化设计方案提供理论指导。研究结论:(1)优化后的CRTSⅠ型双块式无砟轨道可应用于高速铁路、城际铁路项目;(2)通过轨道结构受力计算可知,在列车荷载作用下,路基地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道减少,底座弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增加;桥梁地段优化后道床板弯矩比传统CRTSⅠ型双块无砟轨道增大,增大幅度不大。单元式结构道床板在整体温度荷载作用下受到的轴力可大幅度减小。     

减振垫刚度变化对U型梁桥系统振动及结构噪声的影响研究

为了研究隔离式减振垫垂向刚度对U型梁桥结构振动及噪声的影响,采用多体动力学和有限元联合仿真的方法建立基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道-桥梁刚柔耦合动力学模型,并将理论计算结果与以往文献对比,验证了模型的有效性。基于该模型计算了减振垫垂向刚度不同情况下的桥梁系统振动及噪声响应。结果表明:随着隔离式减振垫垂向刚度的增大,钢轨和轨道板的振动响应都有不同程度的减小,但桥梁结构的振动响应被放大,轨道结构和U型桥梁的振动幅值先是产生明显变化,随后逐渐趋于平缓;隔离式减振垫垂向刚度增加会增大桥梁结构二次噪声,所以应该选取较小的隔振垫刚度以达到抑制U型梁桥结构二次噪声的目的,但过小的垂向刚度可能会放大40 Hz以内低频区域的结构噪声。综合U型梁桥系统振动及结构噪声的计算结果,考虑到工程成本,用于高架结构的隔离式减振垫垂向刚度取为0.067N/mm~3较为合适。     

铜陵长江大桥无砟轨道车线桥动力性能研究

铜陵长江大桥主桥为90 m+240 m+630 m+240 m+90 m的5跨公铁两用连续钢桁梁斜拉桥,大桥下层为设计时速250 km的合福客专双线和时速160km的合庐铜Ⅰ级线路双线共四线铁路.为考察大跨度钢桥上铺设无砟轨道的适应性,针对铜陵长江大桥和桥上无砟轨道初步设计方案进行车线桥动力性能研究.结果表明:铜陵长江大桥在铁路桥面受力较大区域采用正交异性钢箱结构,能显著增强横断面的横向和扭转刚度,使得各跨桥梁的变形曲线较为平缓,梁端局部区域未出现明显的变形差异,且梁端压重有效降低行车条件下的桥面振动加速度,因而具备铺设无砟轨道的刚度条件;从行车安全角度,建议双块式无砟轨道道床板下减振垫层的刚度取0.1 N·mm-3;轴重较大的列车通过时,几乎所有的道床板在边支点附近均发生与桥面脱离的现象,而高速列车通过时,只有中跨跨中附近的道床板在边支点附近出现与桥面脱离的现象,且减振垫层刚度的差异对这种道床板与桥面脱离的现象影响不大.     

城际铁路桥上纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数研究

为研究城际铁路纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数取值,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立客车-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对桥上无砟轨道系统动力响应的影响规律,并基于层次分析法,对桥上无砟轨道系统动力特性进行综合评价。结果表明:随着扣件系统刚度增大,钢轨垂向位移减小,车体振动加速度、轮轨垂向力、轮重减载率和桥梁振动加速度均增大;随着扣件间距的增大,轮轨垂向力减小,车体振动加速度、轮重减载率、钢轨垂向位移和桥梁振动加速度均增大;综合考虑轨道变形以及工程造价,建议扣件系统刚度为50～80 kN/mm,扣件间距为0.6～0.7 m。     

时速120 km地铁多种减振轨道结构振动特征分析

为研究时速120 km地铁多种减振轨道结构的振动特征及振动传播规律,对比分析了某时速120 km地铁线路上的DZ-Ⅲ型减振扣件轨道、GJ-Ⅲ型减振扣件轨道、减振垫浮置板轨道在时域和频域内的实测结果。时域分析结果表明:3种轨道结构的浮置板(道床板)振动加速度幅值大致相等,减振垫浮置板轨道处隧道振动加速度幅值比其余2种轨道处小一个数量级,更有效地削减了振动加速度幅值。频域分析结果表明:在20~80 Hz和0~20 Hz频段内,减振垫浮置板轨道的隧道振动加速度级比另外2种轨道小,减振效果更好。除GJ-Ⅲ型减振扣件轨道钢轨与道床板间在0~80 Hz频段内衰减不明显外,振动加速度的传播大致遵循由钢轨到浮置板(道床板),再到隧道逐层衰减的规律。     

无砟轨道中减振垫组合减振性能对比分析

无砟轨道的整体刚度比有砟轨道大,为降低列车通过时的轮轨振动以及环境振动,有关无砟轨道的减振措施应运而生,考虑3种减振垫组合:轨下减振垫、轨下减振垫+枕下减振垫和轨下减振垫+板下减振垫。为研究3种减振垫组合情况下的减振性能,基于FEM方法,建立3种组合情况下的振动力学模型,对其进行谐响应分析,结果表明:轨下减振垫+枕下减振垫组合和轨下减振垫+板下减振垫组合不利于减少轮轨(钢轨)振动;轨下减振垫+板下减振垫组合有助于降低200 Hz频率以下环境(底座板)振动,最多能降低底座板振动加速度级为11.98 d B,频率越低减振能力越强;轨下减振垫+枕下减振垫组合仅能略微降低20 Hz频率以下环境(底座板)振动,最多能降低底座板振动加速度级为5.46 d B;相关计算和分析可为合理设计减振垫位置提供依据。     

梁轨相互作用对过渡段道床板翘曲的影响

研究目的:为了明确梁轨纵向相互力学行为对无砟轨道路桥过渡段道床板翘曲的影响,建立路桥过渡段处双块式无砟轨道桥上无缝线路及道床板力学计算模型,研究桥梁及轨道结构约束作用、钢轨伸缩力、道床板温度梯度等对道床板翘曲变形的影响。研究结论:(1)考虑桥梁及轨道结构的约束作用时,道床板上拱量相对增大约28%,达到2.5 mm;考虑桥上无缝线路纵向附加力时,桥台附近的钢轨伸缩变形会降低道床板的上拱量约44%,降为1.4 mm,且随着钢轨伸缩力的增大,降低值越大;(2)正温度梯度作用下,道床板上拱量有所增加,增大约43%,达到2.1 mm,而负温度梯度作用下道床板上拱量有所减小,减小约14%;(3)桥梁升温幅度越大,道床板上拱量越小,且随着温度幅度的增加,降低趋势变缓;(4)对于大跨度桥梁梁缝处铺设伸缩调节器时,道床板上拱量较主桥铺设小阻力扣件工况增大约1.2倍,增大到7.8 mm;(5)该研究结论对无砟轨道路桥过渡段设计优化理论和工程实践具有一定指导意义。     

铁路桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道振动响应及车辆平稳性分析

为了研究桥上减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道对车体系统和轨道系统振动影响,分析车辆的平稳性指标,基于车辆、轨道系统二维模型,利用动柔度法分别计算车辆、轨道系统的动柔度,建立频率域的车辆-轨道-桥梁耦合模型;计算车辆及轨道系统的振动加速度并分析其规律,计算不同轨道系统下车辆的平顺性指标。研究结果表明:与常规CRTS-Ⅲ型轨道相比,采用橡胶减振垫刚度为0.018 N/m3的减振轨道系统下峰值轮轨力减小,车轮、转向架振动加速度分别降低13.6%和52.6%,车体在1～20Hz范围内振动变化不大;钢轨、轨道板的振动加速度增大1.69和2.68倍,桥梁的振动加速度减少69.9%;车辆的平顺性指标分别为2.70和2.61,车辆平稳性指标降低4%。与常规CRTS-Ⅲ型无砟轨道相比,减振CRTS-Ⅲ型无砟轨道下车辆系统各构件的振动加速度有不同程度的降低,轨道系统中,钢轨和轨道的振动加速度增大,桥梁振动加速度降低。车辆的平稳性指标降低,乘客的舒适性有一定程度提高。     

线路环境对双块式无砟轨道道床板温度场影响

研究目的:双块式无砟轨道结构道床板各表面接受太阳辐射热流密度与线路方向及地理纬度具有密切关系,本文基于太阳辐射及边界换热理论,结合试验数据,通过ABAQUS有限元软件建立路基地段CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构温度场分析模型,以探究不同线路方向及地理纬度对双块式无砟轨道道床板温度场的影响。研究结论:(1)当道床板侧表面法线方向与正南方向的夹角时,道床板横向温度梯度与竖向温度梯度均处于最不利工况;(2)当时,道床板整体温度梯度相对于原点的偏度标准值最小,为14.138℃/m,离散程度标准值最大,为10.446℃/m。此时道床板整体温度场处于最不利工况;(3)道床板横向温度梯度和竖向温度梯度,高纬度地区较低纬度地区更为不利,内陆地区较临海地区更为不利;(4)在高纬度内陆地区,道床板的温度梯度较大,且正负分布变化较快,道床板温度场处于最不利工况;(5)该研究成果可为完善双块式无砟轨道设计理论及养护维修方法提供技术支撑。     

高速铁路减振无砟轨道关键技术研究

在系统总结多条高速铁路环境振动的基础上,建议高速铁路减振无砟轨道自振频率需小于22 Hz;参考既有规范,推荐钢轨最大位移不大于2. 5 mm。采用钢轨最大容许位移和轨道结构自振频率作为减振垫刚度和轨道板厚度的控制指标,给出减振垫刚度和轨道板厚度的取值范围。采用静力、动力有限元方法,分析不同的减振垫铺设方式下轨道结构的力学性能,并结合减振轨道经济性能,选用了条铺的方式。提出中国标准板式减振无砟轨道条铺尺寸、减振垫刚度、轨道板厚度和相应的施工工艺。在国家铁路试验线建立试验段进行现场试验,验证了在减振垫等效刚度保持一致的情况下,条铺和点铺减振性能较为一致,并验证了基于条铺的中国标准板式减振轨道施工工艺具有可靠性,达到了预期减振效果,提高了减振轨道经济性能。     

武广客运专线瓦屋特大桥减振型无砟轨道设计与研究

武广客运专线瓦屋特大桥设计采用了减振型单元板式无砟轨道结构。为分析其减振工作性能,本文采用车线桥耦合振动理论,分别建立了车辆、减振型板式无砟轨道和桥梁动力学模型及其运动方程,将车辆、轨道和桥梁分为2个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统,采用迭代法求解这2个子系统,用自编的车线桥耦合振动程序对减振型无砟轨道的车线桥耦合振动进行了分析,并与减振前计算结果进行了对比。