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。     

浮置式梯形轨道的承载性能与环境性能分析

作为第二代无碴轨道,浮置式梯形轨枕轨道实现了低结构噪声和轻质量结构。它是一个轻量级的质量-弹簧系统。通过对所测混凝土道床的竖向振动频率进行分析,结果表明,与相邻无碴横向轨枕轨道相比,浮置式梯形轨枕轨道的振动加速度大约减少15 dB。阐述当轮距和/或钢轨表面存在不正常缺陷时,在较高的"冲击轮重荷载"作用下考虑动力响应的梯形轨枕的设计理念,并对浮置式梯形轨枕轨道的环境性能进行分析。     

轨道预载对梯式轨道系统减振效果影响试验研究

插入损失是评价轨道减振效果的重要指标,与轨道所受荷载形式及测试环境密切相关。为分析轨道减振性能的室内试验中预载对动力响应及减振效果的影响,建立了简化的理论模型实现定性分析。同时,基于实验室定点锤击试验定量分析了预载值对条铺、点铺两种浮置梯式轨道减振效果的影响。研究结果表明:在整体刚度符合设计标准条件下,减振产品刚度越低其减振效果越好。施加预载会导致轨道减振元件刚度变化,显著改变系统的振动特性,降低减振轨道的工作频率。锤击荷载作用下,浮置梯式轨道系统的插入损失随着预载的增加而增大,当预载值达到一定程度后,Z振级插入损失趋于稳定。     

橡胶浮置板轨道垂向动力特性分析

根据浮置板轨道系统的结构特点及隔振原理,结合轮轨系统耦合动力学理论,建立了车辆—橡胶减振垫型浮置板轨道系统垂向耦合振动模型,以美国五级谱随机不平顺作为轮轨激励,计算了车辆和轨道系统的动力响应,并分析了减振垫面刚度对轨道结构动力特性及垂向力的传递特性的影响。计算表明,减振垫的面刚度对车辆系统的动力响应影响不大,但对轨道系统影响较大;随着面刚度的减小,传递到基础上的垂向力明显减低,而钢轨和浮置板的垂向变形会有所增大;在保证轨道系统稳定性的前提下,存在合理的较低的减振垫面刚度,使得减振效果最佳。     

贵阳轨道交通1号线钢弹簧浮置板轨道过渡段合理设置方式研究

短轨枕式整体道床与钢弹簧浮置板轨道的轨下基础刚度差异很大,需要设置过渡段以实现轨下基础刚度的合理过渡。结合贵阳轨道交通1号线中广泛采用的短轨枕式整体道床与钢弹簧浮置板轨道进行研究,建立短轨枕式整体道床与钢弹簧浮置板轨道过渡段的力学模型,采用有限元方法,对不同过渡段的长度、不同过渡段分级不同车速对过渡段的影响进行分析,同时还分析"加密钢弹簧支座减振扣件"的过渡方式。结果表明,不同的过渡段长度和不同的过渡段分级对过渡段的性能有不同程度的影响,采用加密钢弹簧支座结合减振扣件的过渡方式比仅加密钢弹簧支座的过渡方式过渡效果更好。     

北京市轨道交通大兴线减振轨道结构的选型设计

通过对轨道振动源、传播及控制措施、减振设计原则、减振现状及发展等的分析,确定北京市轨道交通大兴线轨道减振结构,一般减振地段采用弹性扣件轨道结构,并铺设区间无缝线路;中等减振地段采用轨道减振器扣件;高等减振地段采用梯形轨枕轨道结构;特殊减振地段采用金属弹簧浮置板整体道床轨道结构。并建议城市规划部门、建设单位以及设计单位各专业设计者通力协作、综合治理,以达到预期的减振降噪目标。     

120 km/h地铁多种减振轨道结构现场测试与分析

为分析隧道内各种减振措施在地铁列车行车速度为120 km/h时的减振效果,以地铁现场测试为依托,在时域和频域内分析3种轨道结构各测试断面在行车速度为120 km/h下的振动特性。结果表明:DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道在各频段内对振动的衰减均有一定效果,隧道壁在低频范围内减振效果较好。梯形轨枕轨道结构轨枕至隧道壁间的振动衰减非常明显,约为50 dB。钢弹簧浮置板对振动的衰减主要在钢轨与浮置板之间完成,为50~80 dB。梯形轨枕轨道和钢弹簧浮置板轨道隧道壁主要响应频段内相对于DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道减振效果分别为22 dB和38 dB。     

城市轨道交通高架桥梯形轨枕轨道动力及减振作用分析

建立列车荷载作用下梯形轨枕轨道的动力分析模型,模拟在不同车速下列车穿过高架桥的整个时间历程,计算出采用梯形轨枕轨道的高架桥的动力响应和列车的运行安全性和舒适性指标,并将计算结果与采用普通无碴轨道的高架桥动力响应作比较,从而分析出梯形轨枕轨道的减振作用。分析结果表明,与普通无碴轨道相比,梯形轨枕轨道有很好的减振特性。     

城市轨道交通盾构隧道内3种典型减振轨道性能比较

隔离式减振垫浮置板道床、梯形轨枕道床及橡胶弹簧浮置板道床是城市轨道交通项目常用的3种减振道床,为全面对比其性能差异,依托国内某城市轨道交通项目,选取相同的车型、盾构隧道、供电制式,以及基本相同的车速、线路平面曲线、线路纵向坡度条件,从道床方案、模态、共振情况、安全性、减振效果等方面进行对比研究,并对道床施工工艺及施工注意事项进行总结。研究表明,地铁B型车以90～100 km/h速度通过内径5 900 mm盾构3种类型减振轨道时,均不会引起共振;行车安全性指标均满足规范要求;隔离式减振垫浮置板道床和梯形轨枕道床均满足>8 dB的减振要求,橡胶弹簧浮置板道床满足>12 dB的减振要求。     

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).     

扣件刚度对钢轨振动特性的影响研究

准确合理的扣件刚度参数对轨道结构设计至关重要,目前的研究尚未明确扣件刚度和钢轨振动特性之间的关系。依据单自由度隔振系统的计算公式,结合国内某地铁线路实测数据,重点研究现场钢轨垂向和横向的固有频率、振型和振动传递特性,有限元仿真和现场锤击测试充分验证了理论计算。在此基础上,通过钢轨整体的共振频率反演得到现场扣件的动刚度。该研究可为轨道减振器的仿真计算和优化设计提供依据。     

高架箱梁-浮置板轨道系统隔振性能分析

浮置板轨道作为一种减振轨道广泛应用于城市轨道交通中,为研究其在高架线上的隔振性能,建立箱梁-浮置板轨道耦合系统三维有限元模型。利用谐响应分析的方法,分析了箱梁支座刚度、钢弹簧刚度及支撑间距等参数对箱梁结构振动的影响。结果表明:与普通轨道相比,当荷载频率达到20 Hz以上时,浮置板轨道才表现出明显的隔振性能;钢弹簧刚度的变化对高架桥上浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为9~15 Hz以内且影响程度较小。钢弹簧的支撑间距对高架桥浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为50 Hz以上,其影响程度较钢弹簧刚度变化的影响要明显;荷载频率在50 Hz以内的影响很小且仅在位移峰值处有变化。     

基于车辆-轨道单元的无砟轨道动力特性有限元分析

根据CRTSⅡ型无砟轨道系统结构特点,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出一种包含钢轨、扣件、轨下垫板、预制轨道板、CA砂浆层、混凝土支承层及路基的无砟轨道单元,并推导该单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。运用Lagrange方程建立高速列车通过时无砟轨道动力特性分析的有限元数值方程。结合实例,研究无砟轨道轨下垫板、CA砂浆层、路基等结构参数对轨道振动的影响,并对有砟轨道与无砟轨道连接段动力特性进行分析,分析时考虑列车速度、轨道基础刚度等影响因素。计算结果表明:无砟轨道结构参数合理取值与刚度合理匹配可显著提高轨道整体工作性能;连接段轨道基础刚度变化对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随列车速度提高而增大;连接段采取轨道刚度渐变过渡措施,可明显降低车辆-轨道结构冲击振动,有效改善行车品质。     

TLV移动加载对轨道结构动态特性的影响分析

为探究轨道加载试验车(简称TLV)在高速、重载线路上移动加载测试时其合理的加载参数,建立"TLV—高速板式无砟轨道/重载有砟轨道—路基"空间耦合动力学模型,系统分析加载速度、加载力、轨道结构参数的变化对轨道结构动态特性的影响规律。结果表明:满足测试要求前提下,同等加载力下合理的移动加载速度建议参考值为40~50km/h;同等加载速度下移动加载力越大,可认为加载力参数越为合理;轨下结构刚度的增大使得TLV移动加载下测得的轨道部件动位移降低,振动响应增强;TLV移动加载下不同轨道结构部件的动态特性对于轨道结构参数变化的敏感程度不同。     

浮置板轨道系统动力响应分析

为了分析浮置板轨道的动态特性,根据结构动力学原理建立浮置短板-隧道、浮置长板-隧道和普通轨道-隧道的有限元模型。利用落轴冲击仿真分析和施加实测轮轨力进行动力响应分析两种方法,对浮置短板、浮置长板和普通轨道进行仿真分析,对比分析了其动力响应性能。落轴冲击分析结果和施加实测轮轨力谐响应分析的结论一致。这表明:浮置板轨道隔振性能主要由其固有频率决定,只要浮置短板和浮置长板的固有频率相同,隔振性能基本相同。可以通过增加浮置板质量和降低浮置板支承刚度的方法降低浮置板轨道系统的固有频率,以达到较好的隔振性能。     

橡胶隔振垫减振轨道设计研究

针对橡胶隔振垫减振道床独特的结构,分析了圆形隧道内橡胶隔振垫减振道床的尺寸、橡胶减振垫刚度的不同对结构配筋及减振效果的影响,以确保减振型轨道结构的安全性、有效性和耐久性,可供类似工程的橡胶隔振垫减振轨道设计参数取值参考和借鉴.     

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。     

不同弹性扣件下钢轨振动仿真分析

建立一般弹性扣件、粘结板式弹性扣件和轨道减振器扣件下的轨道模型,用有限元法模拟分析列车移动荷载作用下,不同扣件刚度、不同行车速度时钢轨的振动和荷载的传递情况。计算结果表明,随着行车速度提高,钢轨振动加剧,扣件支反力增大;随着扣件刚度减小,钢轨振动增加,扣件支反力减小,冲击荷载传递减小。     

悬挂式单轨列车曲线通过性能分析

曲线通过性能分析是转向架设计的基础之一。使用多体系统动力学软件建立悬挂式单轨列车-轨道系统60自由度动力学模型,模型考虑轮胎-轨道接触非线性,空气弹簧和抗横摆减震器弹簧非线性。模拟悬挂式单轨列车通过曲线轨道时导向轮与轨道间法向接触力的动态变化过程,研究了空气弹簧水平刚度和轨距变化对转向架曲线通过性能的影响。结果表明:悬挂式单轨列车转向架具有不同于传统轨道车辆的曲线通过形态;空气弹簧水平刚度对转向架的曲线通过形态和导向轮法向接触力有显著的影响,水平刚度为0.01 MN/m时,相较于水平刚度0.1 MN/m,最大导向轮轨法向接触力可减小63.2%;轨距变化对转向架的曲线通过性能影响不明显,减小空气弹簧水平刚度可改善转向架的曲线通过性能。