钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响研究

为探讨钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响,建立列车-轨道耦合振动频域模型,采用有限元法进行箱梁振动分析,并结合声学边界元法进行箱梁声辐射分析。以某城市轨道交通30 m简支箱梁的现场试验数据为依据,对所建模型进行了验证;在此基础上,对比了分别采用普通板式轨道和钢弹簧浮置板时的箱梁振动和噪声,并探讨了钢弹簧浮置板参数的影响规律;结果表明:仿真分析与测试结果吻合良好,箱梁振动声辐射主要集中在频率50～125 Hz;相比普通板式轨道,钢弹簧浮置板轨道可使得箱梁底板的总振级减小35.1 dB、底板附近的总声级减小24 dB;钢弹簧刚度是影响箱梁噪声的首要因素,其次是浮置板厚度,而浮置板长度和扣件刚度的影响很小;钢弹簧刚度每减小一倍,底板附近的总声级可降低5～6 dB;浮置板厚度每增加0.1 m,降噪量提高1～3 dB。研究结果可为箱梁桥上钢弹簧浮置板的参数选取提供依据。     

轨道减振器与弹性支承块或浮置板轨道组合的隔振性能分析

轨道交通运行引起的地面振动或高架轨道的高架桥结构振动源于轨道结构振动，对于几十赫兹到几百赫兹频率范围的轨道结构振动，应用轨道减振器、弹性支承块和浮置板可以得到比较好的减振降噪效果。本文在频域建立了轨道结构模型和车辆一轨道系统相对位移激励模型，分析计算了钢轨垫片／轨道减振器一弹性支承块／浮置板轨道结构的隔振性能，以及相对位移激励下轮轨间动载荷和传递给基础的力。结果表明，与垫片一弹性支承块／浮置板轨道相比，轨道减振器一弹性支承块／浮置板轨道组合可以在中频范围大大降低轮轨动态作用力，并且在中、高频段具有更好的隔振性能。     

市域快线预制钢弹簧浮置板轨道振动特性研究

为探究钢弹簧浮置板轨道在市域快线中的适用性,有效模拟市域列车与浮置板轨道之间的动态相互作用,进行浮置板轨道结构的参数优化分析。基于车辆?轨道耦合动力学理论,建立 CRH6 动车?预制钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,该模型将车辆视为由车身、车架和轮组组成的多刚体系统,考虑了各部分的横向、纵向、侧滚、摇头和点头运动。将钢轨视为弹性点支承的伯努利?欧拉梁,根据实际扣件节点间距布置钢轨支撑点,考虑左右钢轨的垂向、侧向和转动自由度。将浮置板的垂直方向视为弹性地基上的双向弯曲弹性板,水平方向视为刚体,考虑其平移和转动自由。考虑混凝土基础为弹性基础上的双向弯曲弹性板。轮轨之间的法向力由赫兹非线性弹性接触理论确定,切向力由非线性蠕变理论确定。研究表明,传统上用于低速线路的预制钢弹簧浮置板式轨道实际上可以用于市域快线乃至市域快线领域,预制式钢弹簧浮置板轨道可以在满足列车运营安全的前提下达到显著的减振效果。侧置式隔振器的发明是提高浮置板轨道稳定性的新探索,相比传统单纯增加浮置板轨道厚度,进而提高轨道质量并提升其稳定性的做法,采用浮置板侧置隔振器无疑是经济而有效的。因此,该预制式钢弹簧浮置板轨道能够满足市域快线高速行车的要求,同时研究成果可为时速 160 km 预制钢弹簧浮置板道床的动力学设计提供支撑。     

浮置板轨道动柔度计算方法及隔振性能研究

根据浮置板轨道的结构特点,建立了能反映浮置板轨道动态特性的力学模型,并提出了该模型的动柔度求解方法,通过数值计算分析了浮置板轨道的隔振性能及其影响因素。计算结果表明,浮置板轨道的隔振性能在中频段受浮置板自身弯曲振动固有特性影响较大;在同一块浮置板跨度内不同位置处其隔振性能有些差别,但在大多数位置隔振性能变化不大。改变单块浮置板长度对轨道系统的隔振性能影响不是很大,不同长度的浮置板传递给基础的力沿轨道方向的衰减过程是相似的。     

声子晶体型浮置板轨道低频减振性能研究EI北大核心CSCD

地铁列车运行诱发的低频环境振动会对人体、精密仪器和建筑物产生不利影响,引起了人们的普遍重视。基于声子晶体理论,在钢弹簧浮置板轨道(steel-spring floating slab track,steel-spring FST)结构基础上,提出了一种声子晶体型浮置板轨道结构,通过引入弹性波带隙提升其低频减振性能。建立了周期半轨道模型,采用谱元法对其进行求解,揭示了声子晶体型浮置板轨道的能带结构与带隙特性;建立了有限半轨道模型,采用谱元法计算分析了不同轨道部件的位移导纳幅值、传递率与基础插入损失。结果表明,板下基础、浮置板和钢轨位移导纳幅值在低频带隙范围内的峰值显著降低,相比于钢弹簧浮置板轨道,声子晶体型浮置板轨道不仅低频减振性能得以提升,其轨道结构振动响应也有所减弱。     

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构隔振性能分析

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构已证实是一种有效的减振降噪轨道结构。为分析其隔振性能,通过建立阻尼钢弹簧浮置板轨道结构动力分析模型,对其进行谐响应分析,模拟列车运行时轮轨间实际冲击,研究其在简谐激励下的动力传递特性,并分别考虑浮置板长度、隔振器刚度和阻尼,以及不同载荷作用位置对浮置板隔振性能的影响。计算和分析对于今后轨道结构的进一步改善具有参考的价值。     

浮置板轨道参数激励振动研究

浮置板轨道结构中,浮置板布置的周期性和不连续性导致轨道刚度的周期性变化。车辆行驶在浮置板轨道上时,轨道刚度的周期性变化会引起参数激励振动。为了研究该问题,将钢轨和浮置板视为模态梁,钢轨扣件和隔振器视为线性弹簧-阻尼器;车辆采用相邻车厢距离最近的两台转向架模型,建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型。应用该模型分析了浮置板轨道参数激励振动的形成机理及影响因素,提出了减小参数激励振动的控制措施。计算结果表明:振动的频率成分主要为车轮通过浮置板的频率及其倍频;轮轨作用力随着车辆速度的提高而增加,随着隔振固有频率的减小而增加;调整浮置板下隔振器的位置和刚度可以降低参数激励振动引起的轮轨作用力。     

非线性浮置板轨道减振系统的工程化设计研究

针对传统浮置板轨道低频隔振性能差和轨道系统振动响应大的问题，在对浮置板隔振器载荷特征分析的基础上，提出了系统设计优化目标，基于非线性阻尼隔振技术和动力吸振技术，通过理论分析、数值仿真、实尺轨道试验与在线测试相结合的方法，研发了非线性浮置板轨道系统及其部件，并完成了工程落地。研究表明：非线性阻尼、动力吸振器和非线性浮置板系统对浮置板一阶固有频率附近的隔振器支反力、浮置板振动加速度和隧道壁分频振级有较好的振动控制作用，其中非线性浮置板系统(非线性阻尼隔振器与动力吸振器的组合)的减振效果最明显(低频减振效果明显),非线性浮置板轨道系统可以较好抑制动力吸振器在偏离设计频率时出现的振动放大问题；动力吸振器的振动加速度大于浮置板振动加速度，而两者位移基本相当，表明动力吸振器可以较好的吸收浮置板轨道的振动，而不会产生较大的相对位移，保证列车的行车安全性。     

移动谐振荷载作用下浮置板轨道的动力响应

在移动谐振荷载作用下,依据周期结构响应的性质,将无限长浮置板轨道响应的问题求解转化到在一块浮置板长度范围内进行,并通过浮置板的位移影响矩阵在频域内实现了钢轨和不连续浮置板的耦合,求得了该范围内钢轨的动力响应,进而以此为基础求得了轨道结构上任意一点的动力响应。结果表明:移动谐振荷载作用下,在移动荷载自身激振频率附近,浮置板轨道位移响应频谱达到峰值;随着移动谐振荷载速度的增大,在频谱上,荷载自身激振频率附近很窄的频段位移响应会有所下降,而在其他大部分频段位移响应会有显著增加;当谐振荷载激振频率与浮置板轨道的固有频率一致时,发生共振现象,在频谱上位移响应的峰值远远大于其他激振频率时响应的峰值;浮置板轨道在移动荷载作用下,存在由荷载周期通过不连续浮置板和扣件而引发的参数激励;当移动谐振荷载激振频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,轨道结构也会产生较大的位移响应。     

不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道减振效果研究

为了研究不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果,该文建立了二维车辆-轨道耦合动力有限元模型,考虑了普通整体道床和钢弹簧浮置板轨道两种轨道型式,对比和分析了在冲击荷载、移动常力和移动列车荷载作用下,两种轨道结构的振动响应,并通过插入损失评价不同荷载作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果。结果表明:(1)与移动常力作用相比,冲击荷载会高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。(2)与移动单节车辆作用相比,冲击荷载在钢弹簧浮置板轨道自振频率以下频段会低估其减振效果,在125 Hz~400 Hz频段内会高估减振效果。     

新型组合式道床系统低频振动控制研究

针对组合式道床系统道床板低频域振动增大的现象,基于被动式阻尼吸振原理设计道床板上阻尼减振器,根据车辆-轨道耦合动力学理论建立有限元模型,对比分析普通道床及安装阻尼减振器前后组合道床系统的振动特性,研究结果表明:由于普通道床轨道结构与地面基础刚性连接,普通道床道床板的振动加速度级要低于组合道床道床板的振动加速度级,但道床板与基础之间没有隔振措施,使得普通道床地基的振动水平明显高于组合道床地基的振动水平;在20 Hz~40 Hz,组合式道床系统安装道床板阻尼减振器可有效降低道床板的振动加速度级;且随着质量比增大,减振效果逐渐增强,当质量比为0.3时,最大插入损失可达15 d B。     

基于多岛遗传算法的橡胶浮置板弹性的优化

为研究橡胶弹性对橡胶浮置板轨道减振效果的影响,通过多岛遗传算法耦合Abaqus的自编程序,以《浮置板轨道技术规范(CJJ\T191-2012)》为依据,优化分析橡胶浮置板轨道的减振效果(优化变量为橡胶弹性),得出(1)橡胶浮置板轨道的橡胶弹性和减振效果指标不存在线性关系(即减小橡胶弹性,并不一定能得到最好的减振效果)。对于实际工程问题,建议通过优化方法,进行全局优化分析。(2)对于给出的橡胶弹性变化范围,当橡胶弹性模量取6.44×108N/m2时,橡胶浮置板轨道能够得到最好的减振效果。和现有某种橡胶浮置板轨道减振效果相比,优化后的橡胶浮置板轨道减振效果提升2.7 d B。     

CRTSII型无砟轨道温度翘曲变形及其对车线动力响应的影响

以孝感北站附近综合工区内的轨道板为研究对象,对露天环境下的轨道板进行两天的温度测量。采用节点温度荷载的加载方式对轨道板温度场进行模拟,分析轨道板整体温度升降和温度梯度共同作用下轨道板的温度变形。轨道板的翘曲引起钢轨的垂向变形,将其作为附加轨道不平顺分析车线系统的动力性能,并以此为基础计算高速列车通过轨道板翘曲区段时的行车安全性问题。研究表明,CRTSII型板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形分析主要考虑两个因素:温度梯度值大小;轨道板面温度与初温。温度梯度值越大,翘曲变形的最大竖向位移越大;相同温度梯度时,轨道板面温度越接近初温,翘曲变形的最大竖向位移越小。在温度荷载影响路段,各项动力指标较正常路段都有所增大,钢轨和轨道板的垂向振动加速度的增大尤为显著,行车安全性指标劣化。     

基于应变模态的轨道板裂缝与脱空识别方法研究

基于应变模态对损伤敏感、轨道板应变数据易于测量的特点,提出基于应变模态的无砟轨道轨道板裂缝与脱空识别方法。研究了轨道板的应变模态理论和应变模态分析方法。用数值仿真方法分析了损伤轨道板的应变模态特征,表明一阶应变模态振型在轨道板损伤区域有明显的弯曲,可作为损伤识别参数。提出了损伤识别的应变模态曲率差指标及其计算方法,研究了其对轨道板裂缝与脱空的识别能力和识别方法。应变模态曲率差对轨道板的开裂和脱空有很强的表征能力,应变模态曲率差矩阵的F范数可表征轨道板的开裂程度。     

桥上CRTSII型道岔板砂浆离缝影响特性研究

水泥乳化沥青砂浆离缝是桥上纵连板式无砟轨道主要伤损型式之一。参考18号无砟道岔的结构形式,简化建立桥梁-纵连板式道岔垂向耦合静力和动力分析模型,应用有限单元法,计算分析了不同程度的道岔板下砂浆离缝对道岔结构变形及受力影响。研究表明,板下砂浆层发生离缝,对道岔板及钢轨的影响较底座板更明显。不同离缝形式对结构的影响程度不同,当离缝发生在板端时,道岔结构受力与变形最不利;发生在板中时,道岔板的翘曲位移变化不明显。依据计算结果得出板底砂浆离缝尺寸对道岔结构的影响规律,同时从无砟轨道稳定性角度出发,初步提出砂浆离缝尺寸限值,道岔板下砂浆离缝垂向高度低于1.8mm,沿线路纵向离缝长度小于0.7mm。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

钢弹簧浮置板轨道对车内噪声影响的实测与分析

在列车经过钢弹簧浮置板地段时,车内产生中低频噪声,影响着人们乘车环境舒适性。通过对不同钢弹簧浮置板轨道地段车内噪声的对比测试,分析钢弹簧浮置板轨道对车内噪声的影响,结果表明采用高阻尼钢弹簧浮置板轨道可有效降低车内噪声。     

板式轨道在高速列车作用下的动力响应分析

通过理论计算与现场试验研究高速列车与板式轨道的动力相互作用。提出了高速列车—板式轨道系统(简称此系统)空间振动分析方法:列车模型每节车辆考虑26个自由度;针对板式轨道结构特点,建立了32个自由度的板式轨道空间振动轨段单元新模型;基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立了此系统空间振动矩阵方程;采用Wilson-θ法求解。计算了板式轨道在高速列车作用下的位移以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场试验结果进行了对比。结果表明:理论计算结果与现场试验结果具有较好的一致性,由此说明文中提出的方法正确可靠。最后,还探讨了轨道刚度对此系统空间振动响应的影响规律。