地铁三种典型轨道结构振动响应对比分析研究

通过轮轨耦合以及ANSYS有限元仿真,研究分析了地铁3种典型轨道结构振动响应、频率、距隧道中心距离之间的关系。研究表明,速度响应方面,距隧道中心水平方向0~20 m范围浮置板减振效果最优,20~80 m范围弹性支承块最优,80~170 m范围弹性支承块和弹性扣件轨道较优;加速度响应方面,距隧道中心水平方向0~100 m范围浮置板减振效果最优,100~170 m范围弹性支承块和弹性扣件轨道较优;振动频率方面,0~1 Hz范围弹性扣件轨道减振效果略优,20~40 Hz范围弹性支承块略优,1~20 Hz和40~500 Hz范围浮置板减振效果最优。     

不同轨道结构减振效果测试分析

在地铁运营期间,通过对采用浮置板、弹性支承块及弹性扣件轨道的轨道结构和隧道壁的振动测试,在时域和频域内,分析了不同地铁轨道结构的减振效果,为今后地铁轨道结构设计选型提供试验依据。     

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。     

弹性支承块轨道结构落轴冲击动力性能分析

将轮轨接触边界条件用罚函数法释放,采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程,建立轨道结构落轴冲击动力有限元方程。分析落轴冲击对轨道结构产生的动态响应,比较弹性支承块及短轨枕埋入式整体道床轨道结构的动力性能,并用现场实测数据进行验证。结果表明:弹性支承块轨道结构与普通短轨枕结构相比,其轨下及块下刚度易于调整,可进行双层弹性的合理匹配,从而有效吸收轮轨冲击,提高列车运行平稳性,具有减振降噪与延缓轮轨磨损等优越性能。建议其块下刚度稍大于轨下刚度,增幅值控制在20%以内。     

城市轨道交通减振降噪型轨道结构的选择

城市轨道交通噪声主要由轮轨噪声、动力设备噪声、结构振动噪声组成。降低轮轨噪声，是城市轨道交通降噪的关键之一。不同的轨道结构，具有不同的减振降噪能力。减振降噪型轨道结构分三类：弹性扣件、弹性支承块和浮置板。根据这三类减振降噪型轨道结构，提出对降噪要求不同的地区，应选择不同类型的轨道结构。     

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.     

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。     

不同时速下地铁多种轨道结构现场测试与分析

近年来地铁振动污染问题日益突出,地铁中亦采用多种减振轨道结构型式用于减振。为详细评价各种减振轨道结构的减振效果,以地铁动力测试为依托,在频域内分析4种轨道结构各测试断面在不同时速下的振动特征。结果表明:对于长枕埋入式整体道床轨道而言,行车速度的增加对钢轨、道床、隧道竖向加速度低频范围内的影响较大,而在中高频影响较小。对于GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道,随着行车速度的增加,GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道减振效果下降较明显。同时随着行车速度的提高,橡胶隔振垫浮置板轨道仅对浮置板和隧道减振效果较稳定,而钢弹簧浮置板轨道对钢轨、浮置板及隧道减振效果都很稳定。     

减振型板式轨道合理刚度动力分析

为了探明减振型板式轨道结构的合理刚度及其匹配关系,应用有限元分析软件建立了梁-实体动力学模型,并结合工程实际确定了轨下刚度和轨道板下刚度取值方案.在模拟落轴试验冲击荷载作用下,分析了减振型板式轨道结构的动力响应.结果表明,减振型板式轨道的扣件合理静刚度为30～50kN/mm,轨道板下板端胶垫刚度为0.07～0.18 N/mm3、板中胶垫刚度为0.06～0.15 N/mm3,此时可使各项动力学指标均处于比较合理的水平,有效降低轮轨动力冲击作用,起到较好的降噪减振效果.     

钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道减振性能分析

为满足160 km/h地铁设计对轨道减振性能的要求,提出了钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道结构设计方案,并研究了钢轨支承形式及轨下连续支承参数对轨道结构减振性能的影响。结果表明:钢轨支承形式(离散支承、连续支承)对钢轨和轮对振动加速度影响较小;随着轨下连续支承刚度和阻尼的降低,轮轨力和轮对加速度主频向低频移动,同时轮对及浮置板在63 Hz以上的振动减轻,但会加剧钢轨在250 Hz以上的振动;实际设计中对减振性能要求较高的地段可选用钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道,并适当降低轨下连续支承刚度和阻尼来提升轨道结构的减振性能。研究成果可为160 km/h市域地铁快线中钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道的选用和轨下连续支承参数的设计提供参考。