提升钢弹簧浮置板轨道稳定性的抑振调频装置研究

在轨道板上安装抑振调频装置是提高钢弹簧浮置板轨道稳定性的有效措施。基于有限元方法与车辆-轨道耦合动力学理论，建立考虑抑振调频装置的车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型，计算分析抑振调频装置刚度、阻尼和预紧力3个关键参数对钢弹簧浮置板轨道自身稳定性、减振效果及行车平稳性的影响。结果表明：抑振调频装置可有效抑制浮置板轨道振动，调节轨道板固有频率；轨道板位移频响幅值随抑振调频装置刚度、阻尼的增大呈指数规律减小，受预紧力影响不明显，当刚度在0～10 kN·mm^-1、阻尼在0～100 kN·s·m^-1范围变化时，抑振调频装置的调节效果显著且易实现；增大抑振调频装置的刚度、阻尼和预紧力均可有效降低轨道系统和车辆的振动加速度，但各自的作用不同，刚度最为明显，其次是阻尼，预紧力较小；在钢弹簧浮置板轨道上设置刚度为6.5 kN·mm^-1、预紧力为2 kN、阻尼为60 kN·s·m^-1的抑振调频装置后，基底加速度较减振扣件轨道和未安装抑振调频装置的浮置板轨道分别降低了74.5%和15.6%，有效提高了轨道系统的稳定性。     

市域铁路钢弹簧浮置板轨道刚度的合理选取

钢弹簧浮置板轨道已广泛运用于地铁线路中,为适应广州地区市域铁路规划,考虑穿越市区地段沿线敏感点环境保护,其对市域铁路的适用性有待研究.通过建立车辆-轨道耦合动力学模型和轨道-隧道-土体有限元模型,分析时速120～160 km市域铁路钢弹簧浮置板轨道的安全平稳性及减振效果,据此确定钢弹簧刚度的合理取值.研究结果表明:(1...     

市域快线钢弹簧浮置板静载强度试验研究

城市轨道交通以其巨大的社会效益和经济效益在国内得到了迅速发展。同时,它还面临着一些亟待解决的关键技术,如列车提速、列车诱发振动对轨道结构和周围环境的影响等。因此,钢弹簧浮置板受到广泛关注。基于此,设计一种适用于时速160 km市域快线的新型钢弹簧浮置板轨道,通过在实验室开展足尺模型静载试验,研究2倍列车轴重荷载作用下新型钢弹簧浮置板轨道的静载强度和承载能力,包括钢轨和浮置板的变形,浮置板应力及裂缝发展规律。研究结果表明：1)钢轨相对垂向位移随静载增加呈非线性增长,浮置板垂向位移随静载增加呈线性增长,且在650 kN之后增长速率有所提升,双倍轴重750 kN荷载作用下分配梁处钢轨最大相对位移为1.524 mm,浮置板板中最大位移为1.135 mm;2)浮置板受力以纵向应力为主,应力随静载增加呈线性增长,650 kN后,应力变化加剧,达到750 kN时,板边底面纵向拉应力为5.33 MPa,超过C50混凝土轴心抗拉强度;3)荷载达到750 kN时,浮置板跨中底面产生裂缝,最大裂缝宽度为0.14 mm,荷载达到1 100 kN时,最大裂缝宽度为0.28 mm。研究结果表明,新型高速钢弹簧浮置...     

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。     

市域铁路钢弹簧浮置板轨道振动特性研究

国内外对市域铁路时速160 km、17 t轴重条件下特殊减振措施尚未开展系统研究,工程实践经验更是匮乏.为研究钢弹簧浮置板轨道结构对市域铁路的适应性,通过建立车辆-轨道耦合动力学分析模型和三维有限元模型进行仿真计算,分析得到不同轨道结构参数下的车辆、轨道动力学响应情况.研究结果表明:道床板长度和厚度对钢弹簧浮置板轨道结...     

激振和循环加载下浮置板轨道动力参数试验研究

在浮置板轨道结构的设计、施工、使用中,需要通过试验测试其动力参数.通过对钢弹簧浮置板轨道结构进行激振测试和循环加载测试,得到了不同试验方法下浮置板轨道结构的自振频率、刚度和阻尼比等动力参数,并分析了不同试验方法的适用性.结果 表明:循环加载的低频动刚度与逐级加载的静刚度一致性较好;锤击和落轴的激振荷载均可准确地测得浮置...     

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。     

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。     

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。     

城际铁路橡胶浮置板轨道动力特性理论试验研究

城际铁路沿线振动敏感区段多、减振要求较高，橡胶浮置板轨道以其良好的减振性能得到了广泛应用。为研究橡胶浮置板轨道结构动力学特性及其影响因素，建立车辆-橡胶浮置板轨道动力学模型，并开展室内落轴冲击试验，分别从理论与试验角度对橡胶浮置板轨道动力特性进行研究。主要结论如下：(1)橡胶浮置板轨道能够保证城际铁路平顺性要求，轨道结构位移、振动加速度等指标均满足标准要求；(2)城际铁路轨道振动基频在64 Hz附近，橡胶垫刚度越小，振动控制效果越好，刚度建议取0.019～0.042 N/mm³;(3)底座振动随车速呈线性增大，设计速度的提高对1～8 Hz及80 Hz以上振动有明显放大作用；(4)通过落轴试验证明，橡胶浮置板轨道在32～100 Hz频段内具有良好减振效果，可减小底座振动8 dB。     

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。     

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。     

钢弹簧浮置板轨道参数研究

针对钢弹簧浮置板轨道参数变化对其动力特性的影响,选取道床板长度、道床板厚度、弹簧刚度、支承间距、扣件刚度5个参数及其不同水平值,进行正交试验,并建立相应的三维有限元模型。采用模态分析方法对钢弹簧浮置板轨道进行动力特性研究,获得了轨道的固有频率和振型,分析其传导比特性。分析结果表明:影响钢弹簧浮置板轨道低阶固有频率的主要参数是支承间距、道床板厚度和弹簧刚度,而影响高阶固有频率的主要参数是道床板长度;无论参数如何改变,钢弹簧浮置板轨道主要以道床板的振动为主;传导比最大峰值出现在基频附近,且随着道床板长度的增加而增大。     

钢弹簧浮置板静载抗裂非线性损伤分析

针对钢弹簧浮置板轨道的损伤问题,利用有限元方法对钢弹簧浮置板进行静载抗裂非线性损伤仿真分析.采用C45、C50、C55三种强度混凝土结构建立混凝土损伤塑性模型,分别计算应力-应变关系和损伤因子,分析钢弹簧浮置板的损伤情况、位移和应力,并将C50混凝土仿真结果与试验结果对比.结果表明:混凝土强度等级对结构开裂荷载和开裂挠...     

聚氨酯减振浮置板轨道结构减振参数研究

为了更好地进行聚氨酯减振浮置板轨道结构的选型设计,建立车辆-轨道系统动力分析模型,研究轨道板厚度、扣件刚度、减振垫刚度对聚氨酯减振浮置板轨道结构动力响应的影响。结果表明：轨道板厚度增大会导致钢轨加速度相应增大,而钢轨位移、轨道板加速度、基底加速度显著减小;扣件刚度减小会导致钢轨垂向位移增大,而钢轨、轨道板、基底加速度不同程度减小;减振垫刚度增大会导致钢轨垂向位移、垂向加速度减小,而轨道板、基底垂向加速度平稳增大。结合工程实际,建议轨道板厚度取260～300 mm,扣件刚度取20～40 kN/mm,减振垫刚度取0.02～0.03 MPa/mm。     

浮置板与整体道床轨道车轨振动特性对比分析

基于车-轨耦合动力学理论,对钢弹簧浮置板轨道和整体道床轨道进行耦合动力学分析。对比地铁车辆在两种轨道上运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,对浮置板轨道的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,将整体道床轨道替换为浮置板轨道后,车体垂向加速度、轮轨动作用力受到的影响很小,时域幅值略微有减小趋势;钢轨加速度和轨道板(道床板)表面加速度有明显增大趋势,所以浮置板轨道在减小板下振动的同时势必会引起轨道结构振动噪声增大以及疲劳伤损加快等弊端,应加以研究控制。     

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。     

基于剪力铰的浮置板轨道减振性能优化分析

采用弯剪弹簧阻尼单元模拟剪力铰对浮置板板端位移的约束作用,建立剪力铰连接条件下列车—钢弹簧浮置板轨道模型。采用模态分析法和Newmark-β法求解列车—浮置板轨道的动力响应,研究剪力铰对列车和轨道减振效果的影响,并通过不同剪力铰参数组合下的车轨动力响应分析,进行剪力铰参数组合的优化。结果表明:无剪力铰情况下,车轨动力响应在板端处均较其他位置处明显偏大,其中,板端处钢轨位移幅值较非板端处增大了57.6%,对列车长期运营及乘客舒适度造成不利影响;将剪力铰设置于浮置板板端位置,可减小板端轨道整体刚度的不连续,从而减小车轨动力响应;剪力铰的抗弯刚度可有效提高浮置板轨道的整体刚度,剪力铰的抗剪刚度则可有效降低板端位移差;通过对响应幅值的统计分析,得到在105~1012量级范围内剪力铰的抗弯刚度和抗剪刚度的最优组合为抗弯刚度5 000 MN·rad-1、抗剪刚度5 000 MN·m-1。     

重载列车作用下CRTSⅢ型板式轨道结构力学特性试验研究

通过建立CRTSⅢ型板式无砟轨道结构1:1足尺试验模型,开展30 t轴重列车作用下轨道结构力学特性试验,获得800万次疲劳试验后轨道结构力学性能演化特征。研究结果表明:疲劳荷载作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道各层动力响应基本呈逐渐增加之势;800万次疲劳荷载作用后,扣件竖向动、静刚度分别增加24.77%和23.94%,竖向动静刚度比变化不明显;隔离层竖向动、静刚度分别增加152.27%和136.11%,动静刚度比减小6.4%;底座竖向加速度最大值增加67.4%;底座混凝土板中处拉、压应力最大值分别增加55.6%和26.3%。研究成果对于开展重载铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构研究具有参考价值。     

浮置板板下胶垫的温变特性及其对轮轨系统的影响

以我国地铁常用浮置板板下胶垫为研究对象,测取-40~30℃的温度环境中板下胶垫的静刚度。建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型,分析板下胶垫的温度敏感性以及不同温度环境下板下胶垫温变刚度对轮轨系统动力响应特征。研究结果表明:板下胶垫静刚度在工作荷载范围内为常量,不具有幅变非线性特征。板下胶垫的线性静刚度随着温度的降低而急剧升高,增幅高达224%以上。板下胶垫的温变刚度主要影响橡胶隔振垫浮置板轨道的浮置板位移,浮置板垂向最大位移变化率可达到204%。其次,板下胶垫的温变刚度对钢轨的垂向位移也会产生一定的影响,钢轨垂向最大位移变化率为31%。板下胶垫的温变刚度对轮轨之间作用力产生的影响较小。