浮置板下声子晶体隔振器带隙特性研究

为了提升浮置板轨道的减振效果,阻碍浮置板垂向振动能量向轨下基底的传播,提出了一种基于声子晶体局域共振机理的浮置板轨道隔振器. 运用有限元方法研究了声子晶体隔振器的局域共振带隙特性,并验证了带隙频率范围内声子晶体隔振器对振动的抑制作用;计算了声子晶体隔振器的垂向刚度,建立了三维声子晶体隔振器浮置板轨道有限元模型;计算了整体结构的力传递率与基础加速度响应,并与传统钢弹簧浮置板的计算结果进行了对比. 研究结果表明,声子晶体隔振器存在声子晶体局域共振带隙,对50～150 Hz频带内的振动有抑制作用;声子晶体隔振器与传统钢弹簧垂向静刚度相近,均为6.0 kN/mm;保留了钢弹簧浮置板轨道的低固有频率隔振性能,并且在50～120 Hz频带具有带隙抑制特性,在51 Hz附近力传递率可减小10 dB左右;基础加速度响应在51～150 Hz频带内明显小于普通钢弹簧浮置板轨道,其中51～60 Hz频带内基础加速度相比钢弹簧浮置板轨道减小30%左右. 因此声子晶体隔振器有助于提高浮置板轨道的减振性能.      

地铁运营下钢弹簧浮置板轨道减振分析

计算模型分为两个部分,列车荷载通过多体动力学软件SIMPACK求得.然后,以有限元软件ANSYS为平台,建立了轨道-隧道-大地三维有限元模型.通过谐响应稳态扫频技术,从频域角度分析定点谐荷载下钢弹簧浮置板轨道引起的大地振动;通过瞬态分析,从时域分析列车荷载下引起的大地振动.结论表明:从频域角度来看,钢弹簧浮置板在接近自身固有频率处会引发地面共振,但影响范围不大;对于中高频有着很好的减振效果.从时域的角度来看,钢弹簧浮置板对应的地表振动远小于整体道床,转频域后其轨道振动分布可按谐响应计算结果解释.     

浮置板轨道减振垫的刚度测试与评价

为了科学测试与评价浮置板轨道减振垫刚度,为浮置板轨道静动力学特性分析提供准确的计算参数,通过有限元仿真计算减振垫测试样品的荷载施加范围,应用配备温度箱的力学试验机并结合温频等效原理测试了减振垫静刚度以及5.0、10.0、20.0、30.0 Hz频率下的动刚度;在得到减振垫准确力学参数的基础上,对比分析了采用传统4.0 Hz参数与真实频变参数对浮置板轨道固有频率以及导纳特性的影响. 研究结果表明:浮置板轨道变形、静力学分析以及底座板弯曲变形应分别采用3种不同荷载范围下的静刚度;浮置板轨道调谐频率,安全性以及减振效果应分别采用3种不同预压条件下的动刚度;无（有）车载条件下聚氨酯减振垫4.0 Hz参数得到的浮置板固有频率为27.0 Hz （15.5 Hz）,而考虑频变刚度的真实固有频率为31.5 Hz （18.3 Hz）;采用4.0 Hz减振垫参数分析浮置板振动传递特性将会低估浮置板轨道固有频率,高估隔振频带及隔振效果;当采用浮置板轨道真实一阶固有频率对应的减振垫参数,其导纳计算结果与考虑减振垫真实频变特性基本一致.      

预制短板浮置板轨道减振特性研究

浮置板轨道结构具有良好的减振性能和效果,并在城市轨道交通中得到广泛使用。通过现场实测,采集预制短板浮置板和长枕埋入式轨道上各测点振动加速度数据,分析预制短板浮置板的动态特性并对比了减振特性。研究结果显示,隧道内,预制短板浮置板轨道的隔振效果在100 Hz以上区间大于20 d B;地面上,预制短板浮置板轨道在25 Hz频段以上有较好的隔振效果,最大可达25 d B,说明预制短板浮置板具有良好的减振降噪效果。     

地铁钢弹簧浮置板高频失效影响分析

在钢弹簧隔振技术领域存在钢弹簧高频失效影响减振效果的说法,部分规范标准也对此有所关注,一些地铁工程对应用的钢弹簧浮置板采取了针对性的技术措施,但目前未见系统的研究成果或测试数据。建立基于地铁典型钢弹簧浮置板技术参数的理想质量 弹簧系统与实体单元质量 弹簧系统两种有限元模型,通过分析两种模型力传递率的差异,得到了地铁钢弹簧隔振器高频失效的频率范围及隔振器阻尼参数对高频失效的影响。结果表明,在地铁环境振动影响及评价的频率范围内,钢弹簧隔振器高频失效对钢弹簧浮置板减振性能的影响可忽略,地铁钢弹簧浮置板无须额外关注钢弹簧隔振器高频失效问题,以避免钢弹簧浮置板结构不必要的复杂化。     

钢弹簧浮置板阻尼比试验研究

阻尼比是评价结构减振效果的重要指标,也是轨道结构动力仿真的关键参数。为了对普通钢弹簧浮置板的阻尼比进行测试分析,对比了落轴和循环加载两种阻尼比测试结果,并探究了不同固有频率计算方法和循环加载次数对系统整体阻尼比的影响。测试结果表明,落轴试验中使用功率谱法或公式法进行结构固有频率计算对最终阻尼比结果影响不大;疲劳试验中经过235万次加载后,钢弹簧浮置板的阻尼比下降15.48%;采用落轴或循环加载测试的各次阻尼比试验结果一致性较好。     

北京市轨道交通建设管理有限公司——创新技术引人注目

135平方米的展台,展示了北京新建轨道交通已使用或即将运营的各种减震降噪轨道产品、北京多条线路成功铺设的道床隔振技术、具有高级减振降噪效果的钢弹簧浮置板,以及高效减振降噪的道碴垫,和在4号、5号线铺设的具有中高级减振降噪效果的梯式轨枕等产品。     

地铁隧道橡胶浮置板轨道纵向连接理论研究

建立了地铁列车-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力学模型,用MATLAB编制了相应的耦合动力仿真程序,并用ANSYS软件对耦合动力仿真程序计算结果进行了验证.运用耦合动力仿真程序,以地铁B型列车以80 km· h-1分别运行在地铁隧道3种浮置板长度、5种橡胶刚度的橡胶浮置板线路上为例,计算了橡胶浮置板纵向连接方式对耦合系统动力特性的影响.计算结果表明:浮置板纵向铰接对车辆各部件动力特性、最大轮轨力、钢轨动力特性、橡胶垫动力特性、隧道动力特性影响较小,影响在10％以内.浮置板纵向铰接后,浮置板振动加速度有较大幅度的降低,但浮置板最大正弯曲应力有一定幅度的增加.当浮置板较长并且橡胶减振垫刚度较低时,浮置板纵向铰接后,2块相邻浮置板连接处扣件最大拉力有较大幅度的降低,降低幅度可超过80％.浮置板长度为1.25 m时,浮置板轨道不需要纵连铰接;浮置板长度为5.00 m时,橡胶减振垫刚度小于0.01 N· mm-3,浮置板轨道需要纵连铰接;浮置板长度为31.25 m时,橡胶减振垫刚度小于0.02 N·mm-3,浮置板轨道需要纵连铰接.     

地铁列车引起的振动对西安钟楼的影响

以西安地铁2号线6、号线通过钟楼工程为背景,针对铺设浮置板轨道和采取隔离桩两种减振措施,分6种工况分析了地铁2号线及6号线运营对钟楼结构的振动影响,预测了减振隔振措施的效果,并分别对不同工况进行三维动力有限元数值模拟.结果表明：不采取减振措施时,地铁振动会对钟楼造成影响;采用浮置板轨道对地表振动有明显改善;采用隔离桩对减少地表振动效果并不明显.     

钢弹簧浮置板轨道结构模态分析

利用ANSYS软件,对浮置板结构进行三维的模态分析.得到不同参数下轨道的固有频率,分析每个参数对钢弹簧浮置板轨道结构固有频率的影响规律,为以后的研究者提供参考.经过分析对比,在众多的参数中,钢弹簧刚度和间距是影响固有频率的两个重要参数,应重点进行研究.     

紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用

为了优化坡道上钢弹簧浮置板轨道的设计, 在考虑轮轨纵向作用关系与钢弹簧浮置板轨道特点的基础上, 运用多体动力学理论和有限元法建立了紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用模型, 利用多体动力学软件UM验证了模型的有效性, 分析了车辆与轨道的动力响应。研究结果表明: UM软件与本文模型计算得到的车体纵向加速度和轮轨纵向力平均相对误差分别为1.3%、2.8%;在紧急制动过程中, 车体始终处于向前点头和纵向振动的状态, 导致前轮增载, 后轮减载; 由于板与板之间不连续, 钢轨和浮置板之间会产生纵向相对错动, 须注意钢轨与浮置板之间不协调的纵向变形; 间隔2组扣件布置一对隔振器方案(方案1) 所得板端钢轨垂向位移比板中大0.2 mm, 间隔2组扣件布置一对隔振器, 再间隔3组扣件布置一对隔振器方案(方案2) 所得板端钢轨垂向位移比板中小0.5 mm; 2种布置方案下, 轨道纵向变形相差不超过5%, 扣件和钢弹簧受到的纵向作用力相差不超过15%;短波轨道不平顺显著加剧了钢轨和浮置板的垂向振动效应, 不平顺状态下钢轨最大垂向加速度可达15g左右; 钢弹簧浮置板轨道可以降低传递到基础底部的垂向振动, 加速度降幅约为0.2 m·s-2, 但会显著放大低频段钢轨、浮置板的垂向振动, 振动量增幅约为15 dB。      

基于残差卷积网络的浮置板轨道钢弹簧损伤检测

针对传统故障诊断方法难以有效检测浮置板轨道钢弹簧损伤这一挑战性问题，提出了一种基于一维残差卷积网络的损伤检测方法；建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型，得到了多种工况下列车通过导致的浮置板振动响应数据集；利用残差卷积网络对不同损伤情形下的振动响应进行特征提取和数据分类，实现了对损伤钢弹簧的准确定位；研究了残差卷积网络在不同传感器布置方案上的检测性能，分析了损伤钢弹簧和传感器之间的复杂位置关系对检测性能的影响规律，优化并确定了经济可靠的传感器布置方案。研究结果表明:传感器的位置越靠近浮置板中部，残差卷积网络对不同损伤情形下的数据分类准确性和鲁棒性越好；传感器的布置数量增多，损伤检测方法的性能也随之改善，但传感器过多地集中于浮置板中部并不会带来显著的性能提升；在浮置板中部的钢弹簧损伤比在浮置板端部的钢弹簧损伤更难识别；损伤检测方法在全覆盖式布置方案下达到了99.11%的分类准确率，对复杂多变的检测情景具有良好适应性，而优化后双传感器布置方案和三传感器布置方案的分类准确率分别达到了98.23%和98.96%，优化后传感器布置方案具有良好的检测性能，同时也保持了损伤检测方法对复杂情景的适应性。      

新型钢弹簧浮置道床减振效果分析

为了对新型钢弹簧浮置道床的减振性能进行精确计算,按照动力学相关理论,采用Visual Fortran语言编程,建立轨下连续弹簧支承的双层弹性地基梁模型与车辆模型。利用该计算模型,模拟列车通过时浮置道床的瞬态动力响应。通过对目前的地铁列车进行计算分析,评价新型钢弹簧浮置道床的减振能力,为新型钢弹簧浮置道床的设计提供借鉴参照。     

钢弹簧浮置板道床施工技术

钢弹簧浮置板道床是一种新型道床形式,施工工艺复杂,施工技术要求高。近年来在国内地铁领域被广泛采用,是城市地铁建设中特殊减振地段的最佳选择。详细介绍了钢弹簧浮置板道床的结构及施工技术,对同类工程有借鉴意义。     

不同无砟轨道类型对车辆动力学特性影响的数值分析

利用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了不同类型无砟轨道垂向耦合动力学模型,分别计算了整体式无砟轨道、板式无砟轨道以及浮置板式无砟轨道在列车运行下的振动响应,分析比较系统振动响应受无砟轨道道床类型、车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度的影响。结果表明,系统振动响应均随车速的提高而增大;车速、不平顺波深、扣件刚度和板下弹簧刚度对整体道床式无砟轨道系统振动响应影响最大,板式无砟轨道次之,对浮置板式无砟轨道系统振动响应影响最小;相对而言,浮置板式无砟轨道动力特性最好,其次为板式无砟轨道,整体式无砟轨道的动力特性最差。     

低频域多模态制振轨道板设计

针对城市轨道交通引起的低频环境振动现象,基于扩展定点理论、模态分析、有限单元法和车辆-轨道耦合动力学理论,研究了低频域多模态制振轨道板的设计方法,建立了车辆-被动式动力减振浮置板轨道耦合动力学模型.研究结果表明:多模态制振浮置板在10~20 Hz范围内的加速度振动级明显减小,有效抑制了常规浮置板因共振放大低频振动的现象;附加动力吸振器质量比越大,浮置板振动加速度插入损失也越大,当控制1阶和2阶模态的动力吸振器质量比为0.2时,最大插入损失达15 dB;多模态制振浮置板对轮对振动的抑制作用较弱,对构架的振动几乎没有影响.      

地铁与路面交通振动对精密仪器的影响测试

为评价地铁列车与路面交通振动对某科研机构实验室内精密仪器的影响,在该实验室内对交通环境振动响应进行了全天候连续测试监控.将不同交通工况下实验室振动响应与电镜安装的环境振动要求进行比较.结果表明：钢弹簧浮置板轨道对控制室内振动响应作用明显,总的交通环境振动超过仪器安装对振动的要求,应采取必要的被动隔振措施.建议被动隔振平台的工作频率应小于4 Hz,且在5 Hz附近的隔振量不能低于5.5 dB.     

高速铁路桥上无砟轨道减振层刚度的动力学影响分析

为了降低高速铁路桥上结构的振动与噪声水平,以我国CRH2型高速车辆和32 m跨度高速铁路简支箱梁及CRTS I型板式无砟轨道为对象,建立高速车辆-无砟轨道-桥梁耦合振动分析模型,分析比较了不同行车速度下无砟轨道减振层刚度对车轨桥系统动力响应的影响,为桥上减振型板式轨道动力学参数设计提供参考。计算结果表明,桥上采用减振型板式轨道可显著降低轨道板垂向振动加速度,在本文计算条件下其最大加速度幅值较无减振层时减小了57%以上;减振型板式轨道能稍微降低轮轨动力作用,可减小简支箱梁垂向振动加速度20%左右;较低的减振层刚度增大了轨道板垂向振动位移,不利于高速行车安全,而过大的减振层刚度不能有效降低轨道结构振动,综合考虑后建议桥上减振型板式轨道弹性垫层刚度在100~200 MN/m3之间选取。     

路基上CRTSⅡ型板式轨道裂纹影响分析

为分析路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道轨道板开裂对车辆和无砟轨道结构的影响,根据弹性地基梁理论、有限元方法和轮轨系统耦合动力学理论,建立了弹性地基梁体的有限元模型和车辆-轨道-路基垂向耦合振动模型.采用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析了轨道板开裂对轨道结构的静、动力学性能和行车性能的影响.分析结果表明:轨道板开裂对轨道结构受力的影响较小,不影响行车的平稳性和安全性;随列车速度增大和轨道板开裂,均会增大轮轨作用力和轨道结构的动力响应;在裂缝地段,应采取减振、隔振、控制轨道几何不平顺等措施降低轨道结构的动力响应;轨道板开裂将影响无砟轨道的耐久性和使用寿命,应及时修补.      

浮置板轨道系统性能计算分析报告

初步分析得到弹簧浮置板轨道系统固有频率尤其是低频主要取决于浮置板的质量。为避免与轨道激励谱中高能量的激励频率接近,引发浮置板的固体发声,或与周围建筑的固有频率特别是楼板的固有频率接近而引起建筑的二次振动及噪声,可通过改变扣件节点刚度、隔振器刚度来调整浮置板轨道的高阶固有频率段。