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。     

钢弹簧浮置板轨道结构施工工艺分析

钢弹簧浮置板轨道结构的散铺法和预制钢筋笼法两种施工方法各有优缺点,但都因施工工序繁多、工艺复杂等因素,严重影响了钢弹簧浮置板轨道施工进度.为此国内外研究了不同的浮置板快速施工方法.预制短板由于具有施工工艺简单、施工工序少、不同施工现场适应能力强等优势,因此有广阔的应用前景.对比分析了各种浮置板轨道结构的施工工艺,总结了钢弹簧浮置板施工工艺存在的问题以及预制短板施工工艺的优势.分析结论对浮置板轨道结构的选择有一定的参考意义.     

城市轨道交通钢弹簧浮置板轨道动力特性分析

为了实时有效地对钢弹簧浮置板轨道动力性能进行研究,利用ANSYS软件建立了钢弹簧浮置板轨道系统的双层梁动力学模型,通过瞬态分析模拟列车移动荷载通过钢弹簧浮置板轨道时的动力响应。对比分析了列车荷载作用下,轨道系统参数对钢弹簧浮置板动力响应及其隔振效果的影响。该研究可对钢弹簧浮置板轨道结构的设计与施工提供理论参考。     

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。     

预制浮置板轨道隔振性能研究

针对现有预制钢弹簧浮置板轨道和预制橡胶浮置板轨道,建立三维有限元模型,通过有限元软件ANSYS做模态分析,得到预制浮置板轨道在不同浮置板厚度和凸台尺寸等参数条件下的固有频率,结合试铺落轴试验研究预制浮置板轨道隔振性能,进而提出在不同工况条件下预制浮置板轨道合理的选型、应用以及搭配方案。     

预制式钢弹簧浮置板的研制与应用

为进一步提升钢弹簧浮置板综合性能、施工速度和质量,满足施工期振动控制和既有线减振升级改造等需求,研发了一种预制式钢弹簧浮置板。系统梳理了预制式钢弹簧浮置板的研发背景,介绍了预制式钢弹簧浮置板系统设计和应用情况。经过理论分析、室内静载和疲劳试验,以及试验段建设运营及现场测试,验证了其安全性和有效性。预制浮置板道床以其高品质、施工方便高效等优势正逐步成为特殊和高等级轨道减振技术的首选。     

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。     

预制浮置板道床在武汉地铁中的应用

以武汉地铁4号线二期工程为例,针对现浇式钢弹簧浮置板道床在轨道设计施工过程中出现的问题,阐述了预制钢弹簧浮置板道床的设计方案及设计施工特点。工程实施结果表明,相比现浇浮置板道床,预制浮置板道床在提高道床的施工效率、浮置板的质量和耐久性方面效果良好。     

钢弹簧浮置板道床排水过渡段设计

钢弹簧浮置板轨道是城市轨道交通减振等级最高的减振型轨道结构,其特殊的结构形式,致使浮置板道床的排水设计成为浮置板轨道设计的难点,如何将浮置板道床地段的水排入下游普通整体道床尤为重要。结合上海轨道交通11号线的设计实例,对钢弹簧浮置板轨道道床排水过渡段长度的确定、水沟类型和道床形式的选择以及横截沟的设置进行探讨。     

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。     

钢弹簧浮置板轨道结构静力学分析

建立钢弹簧浮置板轨道结构有限元模型,对其进行静力学分析。首先分析了剪力铰对钢轨和浮置板垂向位移的影响;其次分析了弹簧支座间距对浮置板应力和弯矩分布的影响;最后计算了不同扣件刚度和支座刚度组合时浮置板轨道结构的变形和受力,为今后优化钢弹簧浮置板轨道结构的设计提供了理论依据。     

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。     

周期性钢弹簧浮置板轨道垂向振动带隙特性研究

为研究周期性钢弹簧浮置板轨道的带隙特性,将钢轨和浮置板分别视为铁木辛柯梁和明德林板,建立周期性钢弹簧浮置板轨道垂向振动模型,基于能量变分原理求得其垂向带隙,分析带隙的形成机理以及轨道结构刚度对带隙的影响.结果 表明:在0～1200 Hz范围内,周期性钢弹簧浮置板轨道结构存在5条垂向振动带隙,1阶和3阶带隙为局域共振带隙...     

隧道变形引起的钢弹簧浮置板轨道变形与脱空分析

穿越施工引起既有隧道及其上的轨道结构产生变形,给列车运营安全带来不利影响。将钢弹簧浮置板轨道视为弹性地基梁,建立钢弹簧浮置板轨道变形的控制微分方程。采用傅里叶级数法求解微分方程,得到关于未知级数系数的线性方程组,进而给出求解线性方程组的迭代方法。基于本文方法分析钢弹簧浮置板轨道与隧道底板相互作用规律。研究结果表明:浮置板自身的抗弯刚度使其与隧道底板存在变形差异,进而与隧道底板产生脱空;随着隧道底板变形的增大,轨道结构变形及脱空范围均增大;随着沉降槽宽度的增大,轨道变形与隧道底板逐渐趋近,脱空范围呈先增大后减小的趋势;钢弹簧刚度越大,间距越小,轨道与隧道底板越容易产生脱空,脱空范围越大。研究成果可为穿越施工中既有线轨道结构的安全评价提供理论依据。     

一种新型支撑形式对钢弹簧浮置板轨道振动特性的影响

在现有钢弹簧浮置板轨道支撑形式的基础上,提出一种全新的支撑形式。采用数值模态分析的方法,研究该种支撑形式对钢弹簧浮置板轨道振动特性的影响。分析结果表明:(1)在同等浮置板板长的条件下,本文提出的支撑形式,可以获得更低的1阶自振频率,但不改变高阶自振频率和振型;(2)浮置板板长的增加,对钢弹簧浮置板轨道的前3阶自振频率影响不大,丰富了钢弹簧浮置板轨道的高阶(弯曲)振型。本文提出的支撑形式,有利于提高钢弹簧浮置板轨道的减振能力。     

地铁钢弹簧浮置板轨道结构特殊工况振动分析

钢弹簧浮置板是目前地铁工程中广泛应用于特殊减振地段的轨道结构。在实际工程建设中,受机器状态、地质情况以及操作人员水平限制等因素的影响,盾构施工的区间隧道往往会产生较大偏差,导致钢弹簧浮置板轨道结构高度不足,甚至调线调坡后仍然存在轨道结构高度不足的问题。因此,需要改变钢弹簧浮置板的结构尺寸或隔振器布置方式来解决该问题,同时也带来了钢弹簧浮置板减振性能的改变。以合肥某地铁工程为依托,利用有限元方法对特殊结构尺寸、特殊隔振器布置方式下的钢弹簧浮置板结构进行了模态分析,获取了其在不同工况下的振动特性。     

钢弹簧浮置板轨道结构在不同频段的隔振效率

建立三维钢弹簧浮置板轨道结构的、具动力传递特性的有限元分析模型,针对不同设计参数和激振频率,研究该轨道结构的动力传递特性和隔振效率。计算结果表明,所采用的方法可详细解剖浮置板相关设计参数对隔振效率的影响,可以为钢弹簧浮置板轨道结构的国产化和动力优化设计等工作提供理论参考。     

预制钢弹簧浮置短板道床施工技术研究

预制钢弹簧浮置短板道床是城市轨道交通中一种新型轨道减振技术。结合预制钢弹簧浮置短板道床在实际施工中的应用,对其铺设技术进行了完善和总结,并对其减振效果进行了试验和评价,结果表明预制钢弹簧浮置短板道床铺设质量和减振效果良好。     

道岔区钢弹簧浮置板轨道结构静力分析

为研究道岔区钢弹簧浮置板轨道结构的受力特性,为道岔区钢弹簧浮置板的设计和使用提供依据,根据国外道岔区钢弹簧浮置板的设计,并结合某地铁线路道岔区的线路条件,建立了道岔区钢弹簧浮置板轨道的三维有限元模型,分析直向和侧向施加静荷载时道岔浮置板的纵横向弯矩包络图、应力以及基本轨和里轨垂向位移差的分布规律,并比较荷载作用在道岔浮置板直股和曲股以及正线浮置板时,钢弹簧浮置板弯矩包络图的区别。通过分析得出道岔区钢弹簧浮置板沿纵向和横向的受力虽不均匀,尤其是转辙部位和辙叉至道岔浮置板后端部位,但是道岔浮置板所受弯矩和应力以及基本轨和里轨的位移差都在允许范围内。     

地铁—建筑物合建结构中钢弹簧浮置板轨道基频优选影响因素

结合2个合建工程实例,通过结构的模态分析和钢弹簧支反力的特征分析,研究地铁—建筑物合建结构中钢弹簧浮置板轨道基频优选的影响因素。结果表明:对于不同的地铁—建筑物合建结构,当其竖向自由振动频率在20~80 Hz范围内时,累积的参振质量比例均较高,达50%以上,而在与钢弹簧浮置板轨道基频相近的4~10 Hz竖向自由振动频率范围内,参振质量比例的分布情况却差异较大,这与合建结构的型式和刚度等因素有关;在其他参数不变的情况下,随着钢弹簧浮置板厚度的增加,钢弹簧浮置板的固有频率在向低频移动的同时,虽提高了轨道结构对中高频振动的减振效率,但在钢弹簧浮置板固有频率附近被放大的能量也将随之增加,进而会加大合建结构的低频受迫振动响应。因此对于地铁-建筑物合建结构工程,在选取钢弹簧浮置板轨道基频时,需要综合考虑合建结构型式、结构刚度以及钢弹簧支反力的时域与频域特性。