城市轨道交通梯形轨道减振性能研究

论文摘要

城市轨道交通作为缓解城市交通压力的最有效方式,近些年在我国得到了迅速发展。与此同时,轨道交通对周边环境的振动污染问题也己不容忽视。梯形轨道作为一种减振型轨道结构,以其独特的优势,铺设里程增长迅速,然而,梯形轨道技术在我国的应用实际上是国外技术的直接移植,其动力特性是否符合我国的列车荷载和运行工况,减振性能是否有提升空间,均有必要对梯形轨道减振性能进行研究,对其影响参数进行分析,以期进一步发挥梯形轨道的减振性能,对于减小地铁对环境的振动影响,提高经济效益有着十分重要的意义。本文分别建立了车辆系统动力学模型,钢轨—轨枕—隧道模型,以美国五级谱轨道不平顺作为车辆—轨道系统的激励源,采用时变移动荷载加载方式将车辆模型中求解的轮轨作用力引入轨道模型,实现了对车辆荷载作用下轨道结构的动力响应的模拟,通过对振动响应数值模拟的后处理,得到了相应的频谱曲线和1/3倍频程振动加速度级;从分析减振性能角度,对梯形轨道动力学特性进行了研究,并结合北京地铁大兴线、地铁4号线实测数据,验证了计算模型的有效性,并用于梯形轨轨道结构参数的分析,得到如下仿真结果:(1)随着车速的降低,轨道不平顺的激励作用降低,轮轨作用力变小,钢轨的动态下沉量也减小;钢轨、道床、隧道侧壁的振动加速度也随之减少;且振动幅值随钢轨、道床、隧道侧壁依次衰减;(2)随着车速的增加,DTⅥ2型扣件轨道道床、隧道侧壁振动加速度级、梯形轨道道床、隧道侧壁振动加速度级均增加,对应道床、隧道侧壁的插入损失也随之增加,梯形轨道的减振效果越显著;在40~80km/h速度下,1/3倍频程振动加速度级插入损失最大值约为20dB,在1~200Hz频率范围内梯形轨道减振效果约为10~14dB。为进一步探索优化梯形轨道的减振性能,对梯形轨道结构参数进行了敏感性分析,表明:(1)梯形轨枕减振垫板刚度、阻尼,扣件刚度、减振垫板间距、轨枕长度、轨枕质量对减振性能均有一定的影响,但在参数可调范围之内,减振性能的提升空间有限。(2)梯形轨道作为一种减振型轨道结构,还需对其行车稳定性和结构耐久性做进一步的研究,以拓展其应用范围。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 概述
• 1.1 引言
• 1.2 城市轨道交通轨道减振技术的应用
• 1.3 梯形轨道的结构特点及减振原理
• 1.4 梯形轨道结构的研究现状及应用前景
• 1.5 本文的主要内容
• 2 车辆—梯形轨道系统动力学仿真研究
• 2.1 车辆模型
• 2.2 轮轨关系模型
• 2.3 轨道不平顺
• 2.4 轨道模型
• 2.5 本文所用的计算模型及方法
• 2.6 本章小结
• 3 地铁隧道内梯形轨道仿真计算
• 3.1 梯形轨道模态分析
• 3.2 梯形轨道减振性能分析
• 3.3 本章小结
• 4 梯形轨道振动测试与分析
• 4.1 北京地铁大兴线青岛嘉园测试情况与结果
• 4.2 北京地铁4 号线测试结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 梯形轨道结构参数分析
• 5.1 计算工况
• 5.2 计算结果与分析
• 5.3 梯形轨道参数优化及建议
• 5.4 本章小结
• 6 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 有待进一步开展的工作
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要