MTMDs对浮置板轨道结构隔振性能的影响分析

本文建立车辆-浮置板轨道-MTMDs(调谐质量阻尼器)垂向耦合振动频域模型,其中车辆被视为2个转向架双层悬挂的多刚体系统、钢轨被视为离散点支承的无限长Timoshenko梁、浮置板被视为Kirchhoff薄板结构、MTMDs简化为质量-弹簧模型、扣件和板下钢弹簧被视为线性弹簧阻尼单元,通过Matlab软件编制程序计算分析在轨道不平顺作用下MTMDs及MTMDs与基体的质量比对浮置板隔振性能的影响。研究结果表明:在轨道不平顺激励下,针对浮置板轨道固有频率设计的MTMDs能够较有效抑制浮置板结构在固有频率附近的振动放大,同时也能减小扣件系统的力传递率和浮置板垂向振动加速度;MTMDs质量的变化在浮置板固有频率附近产生较大影响,在其他频段几乎不产生影响。在浮置板轨道固有频率附近,随着MTMDs质量的增加,浮置板轨道力传递率峰值、扣件的力传递率峰值以及浮置板垂向加速度功率谱峰值越小,其振动控制率越大。MTMDs总质量与浮置板质量比为0.1时,其在浮置板固有频率附近对浮置板力传递的控制率达到30%以上,已较好抑制浮置板在固有频率附近对振动的放大。     

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。     

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。     

基于隔振垫超弹性本构模型的橡胶浮置板轨道动力仿真

以地铁橡胶浮置板轨道为研究对象，基于隔振垫超弹性本构建立地铁车辆-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力分析模型，计算橡胶浮置板轨道的动力响应及减振效果。结果表明：隔振垫超弹性本构模型计算的轨道结构及隧道壁动力响应均更接近实测数据；不同隔振垫刚度工况下，超弹性本构模型计算得到的轨道结构位移均小于线弹性本构模型，钢轨和轨道板位移峰值分别相差10%和40%左右；超弹性本构模型计算得到的轨道板加速度峰值较小而基底加速度峰值较大，且随隔振垫刚度增加，2种模型计算的轨道板振动差异减小、基底振动差异显著增大，常用隔振垫静刚度范围（0.019～0.100 N·mm-3）内超弹性本构模型与线弹性本构模型计算的基底加速度峰值之比最大为2.46，而采用线弹性本构模型将低估橡胶浮置板轨道基底振动；超弹性本构模型计算得到的轨道板振动及基底高频振动较小，而基底低频振动较大，传递损失小，而采用线弹性本构模型将高估地铁振动特征频段（50～80 Hz）的减振作用，放大轨道固有频率附近（16～31.5 Hz）振动。     

浮置板轨道二维建模及隔振性能分析

为分析轮对载荷相位差及浮置板弯曲振动模态对轨道隔振性能的影响,利用动柔度法建立二维浮置板轨道频域模型,浮置板简化为自由边界的Kirchhoff薄板,根据力的传递率分析轨道隔振性能。计算结果表明,轮对载荷存在相位差时将激起更多的浮置板弯曲振动模态,从而降低浮置板轨道的隔振性能。采用短浮置板可减少其结构模态数目,提高中频段的轨道隔振性能。当轮对载荷同相位时,可以用一维浮置板轨道模型(梁模型)进行分析计算。     

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。     

浮置板轨道结构的振动频率分析

浮置板轨道结构在城市轨道交通中的减振降噪效果最显著,而其减振性能与它的固有频率有关.通过建立浮置板轨道有限元分析模型,对浮置板轨道进行了模态分析.分析了浮置板轨道的断面形状、弹性支座刚度、浮置板长度、弹性支座布置间距等对浮置板轨道系统振动频率的影响.分析结果可为浮置板轨道结构的优化隔振设计提供一定的理论依据.     

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。     

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。     

浮置式轨道在垂向弯曲振动模态下的振动放大效应研究

弯曲振动是浮置式轨道的主要振动模态。细致分析弯曲振动模态下浮置式轨道的振动放大效应,对优化轨道隔振设计有重要意义。本文基于有限元理论建立浮置式轨道动力分析模型,采用谐响应法,分析谐振荷载作用下轨道系统在频域内的结构响应,并以隔振效率为评价指标,定量分析弯曲振动模态下浮置式轨道的振动放大效应;探讨轨道结构参数的影响规律,推导一阶弯曲振动固有频率的简化计算公式。结果表明:浮置式轨道在弯曲振动模态下的振动有不同程度放大,一阶弯曲振动模态下的放大较明显,在本文参数条件下振动可放大1.69倍;增大板厚、减小板长及减小板下刚度,可明显减小振动放大效应;板厚大于0.55m或板长小于3.6m时,可不考虑轨道弯曲振动导致的振动放大效应。     

北京地下直径线橡胶浮置板道床动力仿真计算及适应性分析

针对北京地下直径线两处小半径大坡道地段环境振动敏感点,进行铺设橡胶浮置板道床的适应性分析,为国内干线铁路环境敏感点减振轨道选型及振动控制提供理论基础。利用有限元软件,建立列车-橡胶浮置板轨道-隧道基础三维动力分析模型,对其传递特性进行分析,对最不利工况进行动力计算及适应性分析。研究结论:(1)得出橡胶浮置板道床固有频率为16.75 Hz,并在27.3 Hz之后能明显起到隔振作用;(2)通过对动车组和SS9型机车通过直线段和曲线段的全过程进行动力仿真计算,橡胶浮置板道床的行车舒适性、安全性都满足规范要求。     

浮置板轨道结构减振性能的落轴试验

对两种不同阻尼比的隔振器(1型隔振器的阻尼比小于2型隔振器)浮置板轨道结构的减振性能进行落轴试验,并与非浮置状态进行对比。测试结果表明,1型隔振器和2型隔振器浮置板轨道基础的垂向加速度分别比非浮置状态小75%和92%左右;1型隔振器浮置板轨道在8~40Hz和80~315 Hz频率范围内的隔振效果最大约为25 d B,2型隔振器浮置板轨道在10~200 Hz频率范围内的隔振效果为30~40 d B。针对此次试验所采用的两种隔振器,认为阻尼比较大的隔振器浮置板轨道的减振性能更好。     

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明：当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。     

基于功率流法的城市高架轨道振动能量传递特性研究

近年来,城市高架轨道列车运行过程中产生的振动已成为严重的问题。为研究高架轨道振动能量的传递特性,基于单层隔振系统和多层隔振系统功率流理论,分析振动能量的传递和耗散过程。通过建立高架轨道系统有限元模型,并以实测加速度结果验证模型的准确性。结合有限元模型和功率流理论,分析能量在轨道结构中的分布与传递规律。结果表明：振动能量在轨道结构的固有频率处达到峰值;由于扣件和轨道板支承对振动能量的衰减作用,全频段(1～1 000 Hz)范围内,振动能量在从上往下的传递过程中逐渐减小;扣件系统可显著消耗钢轨高频(100～1 000 Hz)振动能量,轨道板支承可显著消耗轨道板的低频(1～100 Hz)振动能量;功率流指标能直观反映振动能量在结构中的分布、传递和耗散特性;可通过设计扣件和轨道板支承的刚度和阻尼,获得最优的减振效果。     

浮置板式轨道结构隔振效果仿真研究

建立列车—轨道结构耦合系统有限元模型,将轨道不平顺作为列车—轨道结构耦合系统的激励源,对普通碎石道床轨道结构和浮置板式轨道结构的列车—轨道结构耦合系统动力学性能进行仿真研究,对比分析这2种类型的轨道结构系统振动响应与系统振动传递函数,评价浮置板式轨道结构的隔振效果。分析结果表明,浮置板式轨道结构与普通碎石道床轨道结构相比,振动加速度降低约70%,距线路5 m处大地振动加速度响应峰值降低约62.8%,相应Z振级衰减约10 dB,竖向振动加速度频率范围由0~200 Hz降到0~60 Hz,有效起到了振动隔离效果。     

浮置板轨道结构对地铁车辆轨道耦合系统动力性能影响分析

以北京地铁6号线车辆为样本,研究了浮置板轨道对于车辆轨道耦合动力学模型的影响。建模时将浮置板轨道考虑成柔性体,用有限元实体单元建模,并利用模态叠加法进行求解。仿真后得出如下结论:与轨道不平顺引起的冲击相比,采用浮置板轨道后所产生的枕跨冲击、过渡冲击、轨道板冲击并不明显。车辆在浮置板轨道上行驶时,其竖向悬挂系统能够较好地降低轮轨的冲击力;轨道垫板刚度的主要影响是频率在60~150 Hz范围内的振动,对低频振动影响较小。随着轨道垫板刚度的变大,轮轨垂向力和轮重减载率逐渐变大,但其对轮轴横向力和脱轨系数影响很小,对车体振动几乎没有影响。轨道垫板刚度的主要影响是频率在10 Hz左右的轨道板的振动,对浮置板钢弹簧支承力的影响较小,即对路基的减振效果影响较小。     

杭州地铁1号线浮置板轨道减振效果对比分析

由于浮置板轨道减振效果较好,在地铁建设中使用比例大幅度增加。结合杭州地铁1号线钢弹簧浮置板和橡胶浮置板的测试结果,对比分析两种浮置板的自振特性、隧道内和地面减振效果。分析结果表明：受不同的轨道结构形式、不同的列车类型、运行速度、隧道结构等诸多因素影响,钢弹簧浮置板和橡胶浮置板轨道有不同的振动频率特性;钢弹簧浮置板竖向自振频率为7.90 Hz,橡胶浮置板竖向自振频率为14.87 Hz,钢弹簧浮置板和橡胶浮置板的高频减振效果高于低频的减振效果;橡胶浮置板对于高于25 Hz的振动有8～16 dB的减振效果;弹簧浮置板对于高于12.5 Hz的振动有8～22 dB的减振效果,钢弹簧浮置板轨道对于控制列车运行产生的环境振动更有效。     

地铁钢弹簧浮置板轨道的减振效果分析

应用ABAQUS软件建立列车—轨道—隧道—土层的动力学模型,研究钢弹簧浮置板的减振效果.在地铁列车以20 m·s-1速度运行条件下,浮置板的振动加速度峰值(15m·s-2)远大于普通轨道;铺设浮置板后隧道拱顶和地表的振动加速度峰值分别为0.07和0.005m· s-2,远小于普通轨道.频域分析表明:浮置板的振动频率在400Hz以上频段衰减很大,而100Hz以内低频成分的振动能量明显增强;浮置板轨道对于隧道拱顶在400～800Hz、地表在20～80 Hz频段内的减振效果明显.1/3倍频程分析表明:浮置板的分频振级最大增量为22 dB(中心频率为10 Hz);铺设浮置板后隧道拱顶的最大减振量为18 dB(中心频率1 016 Hz),地表的分频最大减振量为6 dB(中心频率63 Hz).Z振级分析表明:铺设浮置板后隧道拱顶和地表处的减振量分别为24和25 dB,在25～80 Hz频段的减振效果最好;因浮置板自振频率处于20 Hz以下的低频范围,能够吸收中高频振动、放大自身低频振动,所以具有阻高频、放低频的减振特性.     

曲线地段钢弹簧浮置板轨道振动 特性试验研究

为探究曲线地段钢弹簧浮置板轨道结构振动特性,分别在钢弹簧浮置板轨道和普通道床的曲线地段进行现场测试,采用短时傅里叶变换对测试数据进行时-频处理,分析轨道结构振动时频特性。相比普通道床,在钢弹簧浮置板轨道中,钢轨和道床板振动幅值增大,振动频率向高频移动;道床板时频分布的峰值频率与车辆类型和激励原因有关;浮置板轨道中,隧道壁垂向加速度级减小23 dB,横向加速度级则增大6 dB,主要表现在8～50 Hz;隧道壁振动受到轨道板横向振动激励和浮置板轨道振动传递特性两者的影响,通过这个角度解释了曲线地段地段浮置板轨道中隧道壁横向振动放大的原因。     

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。