高速铁路轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法

将傅里叶变换法应用于轨道结构动力分析中。首先对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应。建立轨道结构连续弹性单层梁模型和双层梁模型,用傅里叶变换法求得列车通过时高速铁路的轨道临界速度,分析轨枕垫板和弹性扣件的刚度与阻尼、轨道基础刚度及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动的影响。研究表明:轨道基础刚度对轨道临界速度有着重要的影响,轨道临界速度随轨道基础刚度的增加而提高;轨枕垫板和扣件阻尼及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动非常敏感,阻尼的存在能极大地减小轨道强振动的发生。     

高速铁路无砟轨道振动分析

研究目的:通过建立考虑线路随机不平顺的轨道结构连续双层梁模型,提出分析高速铁路弹性支承块式无砟轨道结构振动的数值方法,为无砟轨道结构设计提供指导.研究结论:对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应.线路随机不平顺是根据实测的功率谱函数在计算机上生成的.相对于其它复杂的车辆-轨道耦合动力学模型,该方法简单可行,借助于Matlab软件使得程序编制容易实现,且能反映轨道振动的基本规律和特点,尤其适合于整趟列车通过时轨道结构振动分析的情况.作为应用实例,对高速铁路弹性支承块式无砟轨道进行了振动分析,分析了线路不平顺等级、轨枕垫板和弹性扣件刚度、轨道基础刚度和列车速度对轨道振动的影响,得到了轨枕块橡胶垫板静刚度和橡胶套靴静刚度的合理设计值范围分别为60～90 MN/m和120～150 MN/m.     

客货混运铁路专线轨道振动分析

研究目的:分析客货混运铁路专线客车及货车引起轨道振动的规律。研究方法:通过建立考虑线路随机不平顺的轨道结构连续3层梁模型,论述了运用傅里叶变换法分析轨道结构振动的方法。首先对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应。研究结果:分析了客、货列车以不同速度运行时对轨道结构振动的影响。研究表明,在客货混运的铁路专线上,最不利的工况应是货车。在同样的列车速度条件下,货车引起的轨道位移比客车大45%~50%,货车引起的轨道加速度比客车大40%~50%,货车引起的轨道动压力比客车大50%~60%。研究结论:客货混运铁路专线比客运专线和货运专线更易损坏,建设客、货分离的铁路专线是有效的解决方法。     

考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道振动响应分析

在轨道交通实际运营过程中,由于无缝线路不能自由伸缩,无缝线路中的钢轨存在着一定的轴向温度力的作用。建立了考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道连续弹性三层梁模型的振动微分方程,求解傅里叶变换域中的振动位移,通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动位移。利用MATLAB软件编制相应的程序,分析了钢轨轴向温度力对无砟轨道振动响应的影响。研究结果表明:钢轨轴向温度力越大,轨道结构的振动响应越小;当轨温变化升高50℃时,轨道结构的位移和动压力都将减小约5%～10%。说明钢轨承受适当的轴向温度压力对轨道结构的减振是有利的,该结论可为无砟轨道结构设计和运营管理提供参考。     

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。     

客运专线无砟轨道临界速度计算方法研究

无砟轨道是我国客运专线首选的轨道结构型式,轨道临界速度是线路运营速度的基础。在总结相关研究结果的基础上,结合无砟轨道的结构特征分别建立了两种不同计算无砟轨道临界速度的方法:①首先建立无砟轨道叠合梁模型,然后推导单层轨道振动微分方程,并在此基础上推导了单轮作用下无砟轨道临界速度的解析解;②首先建立列车-无砟轨道系统耦合振动动力学模型,然后通过动力仿真分析得到无砟轨道临界速度数值解。对两种方法进行了对比。     

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.     

高速铁路轨道结构空间动力分析

利用有限元法建立了包含钢轨、轨枕、弹性垫层、道床和路基为一体的轨道结构空间分析模型。机车和车辆对轨道的作用通过轮对模型求得。在轮对模型中，只考虑一系弹簧，车体总质量平均分配到每个轮对上，轨道结构则处理成双层弹性梁。在对高速铁路轨道结构进行空间分析时，首先利用轮对模型得到随时间变化的作用在各轨道枕上的荷载谱，以此作为轨道结构空间分析模型的输入。文章对ＴＧＶ动车在不同速度下对轨道结构的动力响应进行了分     

列车引发建筑物振动现场测试及数值分析

通过现场测试和数值分析,对铁路线附近建筑物的振动特性、建筑物振动的传播规律及其影响因素进行了研究.为了简化分析,将列车—轨道—路基—大地—建筑物耦合系统分解为列车—轨道—路基相互作用连续平面三层梁模型和大地—建筑物(剪力墙结构)三维有限元模型两个子系统,前者采用傅里叶变换法求解,后者采用三维有限元模拟.结果表明,列车引发的建筑物振动属于低频振动,建筑物结构对高频振动具有衰减的作用;振动随列车速度的提升而增大,随列车编组的加长而增大,随列车轴重的增加而增大,随建筑物到轨道中心线距离的增大而减小;建筑物的振动水平随楼层的上升呈折线分布;框架结构相对于剪力墙结构能更好地抑制振动的产生.     

线路随机不平顺对车辆—轨道耦合系统动力响应分析

利用有限元法，建立了车辆－轨道耦合系统动力计算模型。在这个模型中，系统被分解为上部结构和下部结构两部上。上部结构为附有二系弹簧系统的整车模型，考虑车体和转向架的沉浮振动和点头振动。下部结构为轨道，钢轨被离散为双层弹性基础上有限长度的梁。对两系统分别用迭代法单独求解。轮轨间的耦合通过轮轨间的相互作用力来实现。同时，将轨道高低不平顺视为平衡各态历经随机过程。运用该模型，对不同线路等级和不同列车速度条件下车辆－轨道系统的垂南随机振动了计算，在时域和频域内对系统响应进行了分析。     

高速列车诱发地面波与轨道强振动研究

在高速运行的条件下,当列车达到某种速度时,列车将引起轨道和大地的强烈振动。本文通过建立轨道振动微分方程,得到单轮作用下轨道变形的解析表达式。在此基础上,利用叠加原理,研究轨道临界速度与单轮和高速列车诱发轨道强振动的关系,分析了轨道基础弹性模量和轨道抗弯刚度对轨道临界速度及轨道振动的影响。计算表明,轨道基础弹性模量是影响轨道临界速度的主要原因。尤其是当轨道基础为软土地基时,轨道临界速度很低,容易被中高速列车超过。当列车速度接近轨道临界速度时,轨道将发生强烈振动。分析还显示当列车速度低于轨道临界速度时,提高轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用并不明显,但当列车速度接近轨道临界速度时,增加轨道抗弯刚度对减小轨道振动的作用则非常显著。     

地铁运行列车引起建筑物低频振动的数值分析

采用施加在轨道上的一系列移动轴荷载模拟列车作用,利用轨道结构连续弹性双层梁模型,计算出某城市地铁列车运行产生的轨枕与隧道之间的作用力。在此基础上,建立隧道-土层-建筑物有限元模型分析了不同车速下不同距离建筑物中不同楼层的振动规律。分析结果表明:移动列车轴荷载引起建筑物低频振动;车速越高,建筑物的竖向振动水平越高;随着到轨道中心线距离的增加,建筑物竖向振动水平逐渐减小;不同楼层竖向振动水平基本接近。     

移动荷载作用下轨道路基动力响应分析

基于层状梁和粘弹性半空间体理论建立轨道路基耦合动力分析模型;通过移动坐标和Fourier变换得到移动谐振点荷载作用下轨道路基稳态响应在波数域内的解;再利用快速Fourier逆变换,求出钢轨、轨枕位移及道碴路基的相互作用力在空间域内解。通过算例分析荷载速度对路基表面位移的影响,结果表明:随荷载速度增大,路基表面位移峰值也增大,在荷载速度较低范围内,其对路基位移峰值影响不大,当荷载速度接近Rayleigh波速时,路基位移峰值急剧增大;随着荷载速度的增大,路基竖向位移分布呈现出的“波动性”也越来越明显,其“波长”随荷载速度的增大而减小。     

周期性三维轨道结构弹性波耦合与转换

为了研究周期性三维轨道结构中弹性波传播规律,采用波有限元方法建立结构元胞动刚度矩阵,基于Bloch定理求解结构中弹性波波数和特征向量,得到其频散曲线,进一步结合弹性波叠加方法,计算无限长三维轨道结构响应.对比平面半轨道结构模型,三维轨道结构中频散曲线数量增加一倍,出现结构非对称波模态.此外,三维轨道结构中存在明显的弹性...     

跨座式单轨交通中复线钢轨道梁受力性能初步探索与研究

跨座式轨道交通中钢轨道梁环保、经济的特点非常适合我国单轨交通发展的需要。为了更好地发展单轨交通,针对我国跨座式单轨交通体系中钢轨道梁应用、研究不足的现状,以1榀64 m的简支直线钢轨道梁为研究对象,利用ANSYS有限元计算软件建立空间模型,对在竖向荷载作用下的单线钢轨道梁和复线钢轨道梁进行受力分析,研究钢轨道梁的应力和变形等受力性能。通过将单线钢轨道梁整体与复线钢轨道梁整体计算结果进行对比分析,得出复线钢轨道梁能够更好地满足竖向荷载下的结构受力要求,承载能力明显提高,建议工程中参考复线钢轨道梁这种结构形式进行设计。     

广州南站(2×32+64+2×32)m双线V构连续梁设计

(2×32+64+2×32)m双线槽形V构连续梁是广州南站桥建合一结构体系中的轨道梁,是承载上部站房候车厅层(高程21 m层)的结构柱的受力构件和铁路运行的轨道梁(高程12 m层)及站台板梁横向支承的结构。着重介绍该V构连续梁(高程12 m层)与站房候车厅层(高程21 m层)及站台板梁的相互关联及受力状态、V构连续梁的结构构造、静力分析、局部分析、抗震分析等。最后对结构设计进行总结、提炼,为同类结构提供参考。     

CA砂浆脱空对框架型轨道板翘曲的影响分析

CA砂浆填充层作为框架型板式轨道关键结构层,长期暴露于自然环境中,受列车荷载冲击、温度循环以及水的侵害等作用,砂浆层与轨道板间易产生脱空,劣化轨道结构受力状态。基于无砟轨道弹性地基梁体模型,分析了正常状态和砂浆层与轨道板间出现脱空时框架型板式轨道在温度梯度荷载作用下的受力情况,并针对板端横向全部脱空和板边纵向全部脱空两种常见脱空形式进行分析。结果表明,较低的砂浆弹性模量可减小轨道板翘曲和缓解列车荷载冲击作用;对于脱空状态,在正温度梯度作用下,轨道板受力和板角翘曲变形受脱空程度影响较大,而对砂浆层受力影响较小;在负温度梯度作用下,轨道板和砂浆层受力状态受脱空程度影响均不明显。     

磁悬浮轨道梁刚度对列车走行性影响研究

高速磁悬浮列车过桥为移动的均布荷载过桥 ,它与铁路车辆集中荷载过桥不同。磁浮列车整车模型和移动荷载模型过桥的有限元仿真分析证实在轨道梁第一阶自振频率 f接近磁浮列车速度与轨道梁跨长之比接近v/L时 ,轨道梁动力响应最大。桥梁动力响应随着轨道梁刚度增加而减小 ,当轨道梁第一阶竖向自振频率大于vmax/L时 ,轨道梁不会出现剧烈振动 ,再增加轨道梁刚度不能有效地减小振动