钢弹簧浮置板轨道低频特征试验研究

利用北京交通大学轨道减振与振动控制试验室开展钢弹簧浮置板轨道低频特征测试,研究钢弹簧浮置板轨道弹簧刚度和支承间距等参数变化对低频振动的影响,并比较钢弹簧浮置板轨道和普通轨道的低频减振效果。试验结果表明:①弹簧总刚度越大(支承间距不变且弹簧刚度越大,或弹簧刚度不变且支承间距越小),浮置板轨道基频越大,轨道板到基底竖向加速度级传递损失越小,轨道板到隧道内的竖向传递函数值越大;②钢弹簧浮置板轨道基频越小,在其工作频段,减振效果越好;但在基频附近,振动放大现象越明显。相对于普通轨道,钢弹簧浮置板轨道明显降低了10Hz以上频段的振动响应,最大减振量为25dB;同时基频处的振动放大量为25dB;③对于轨道板到隧道内的竖向传递函数,普通轨道的值比钢弹簧浮置板轨道的值大,前者在0.012～0.028之间,后者在0～0.01范围内。     

地铁与建筑物合建中不同固有频率钢弹簧浮置板轨道的适用性分析

以基于车辆-轨道耦合动力理论的地铁-钢弹簧浮置板耦合动力模型为基础,按照钢弹簧底座位置上力相互协调的原则,建立隧道-建筑物-地基二维有限元模型。然后从分析合建结构的自振特性和钢弹簧支反力的频谱特征入手,采用1/3倍频程振级评价法探讨不同固有频率钢弹簧浮置板轨道在不同合建结构形式中的适用性。研究结果表明:①地铁与建筑物合建结构的竖向自由振动20～80Hz的参振质量比例较高,可达50%以上,而4～10Hz竖向参振质量却差异较大,这与结构尺寸和刚度有关;②4～10Hz钢弹簧浮置板都可有效削减合建结构20～80Hz的竖向振动能量,但会放大浮置板固有频率附近的振动能量;③地铁低频振动传播容易在合建结构内引起共振,因此钢弹簧浮置板固有频率应避开合建结构4～10Hz内竖向参振质量较大且较集中的频段。     

富水地区短板钢弹簧浮置板轨道减振效果研究

采用短板钢弹簧浮置板轨道结构是富水地区减振的重要措施。通过建立车辆—轨道—下部基础耦合动力学模型,比较了列车动载作用下富水地区与普通地区的土体振动响应,分析了富水地区短板钢弹簧浮置板的结构动力特性。结果表明,富水软土地区车致振动在土体传递后,在中低频范围内仍然较大,设置钢弹簧浮置板后减振效果明显,减振效果约为12. 35 d B。     

轨道类型对地铁隧道及环境振动的影响

以宁波地铁隧道为研究对象,采用现场实测与2.5维有限元相结合的方法研究了整体式轨道和钢弹簧浮置板轨道在轨道振动和周边环境动力响应上的差异。结果表明：相较于整体式轨道,钢弹簧浮置板轨道能显著吸收10 Hz以上的轨道振动;当隧道埋深小于20 m时,列车速度越高,隧道埋深越浅,钢弹簧浮置板轨道对隧道及周边环境的减振效果越好;但采用单相弹性介质模拟隧道周围地层会明显低估隧道内的振动强度,并高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。隧道周围的超静孔压与列车速度和轨道类型有关,与隧道埋深无关;采用钢弹簧浮置板轨道不仅可以减振,还能有效减小隧道周围土体中的超静孔压,有利于控制隧道沉降。     

地铁振动的地表低频响应预测研究

地铁振动引起的环境问题备受人们的关注,特别是近年来,低频(<20Hz)振动对高精密仪器和设备、古建筑物等的影响已成为焦点。如何采取合理的减振措施将低频振动的影响降到最低是亟需解决的问题。在北京交通大学轨道减振与振动控制试验室,开展钢弹簧浮置板轨道和普通轨道低频振动试验;基于地表低频响应测试数据,结合"钢弹簧浮置板轨道-隧道-地层"和"普通轨道-隧道-地层"耦合的三维有限元数值模拟结果,采用回归分析的方法,研究地表低频响应受激振频率(1～20Hz)、距轨道水平距离(0～100m)和轨道埋深(10～30m)等因素的影响,推导出地表低频响应量分析公式。将公式预测的地表低频响应量的最大值分成II、II、II和IV四级响应带,进一步讨论响应带分布与轨道埋深、距轨道水平距离和轨道基频等关键因素的关系,从而为减少地铁振动的地表低频响应措施提供参考。     

160 km/h市域快线钢弹簧浮置板轨道研究

针对市域快线实际运营条件,优化了钢弹簧浮置板轨道方案,并建立了钢弹簧浮置板轨道有限元模型,分析了振动性能和减振效果,计算结果表明,优化后钢弹簧浮置板方案减振效果达18 d B以上,钢轨动态下沉量满足相关规范的要求,市域快线特殊减振地段采用钢弹簧浮置板是可行的。     

轨道结构形式对箱梁中高频振动的影响研究

为探讨不同轨道结构对桥梁中高频振动的影响,在频域内建立考虑多轮对相互影响的车辆-轨道系统耦合模型和桥梁有限元模型,以某城市轨道交通30 m简支箱梁的现场动载试验为依据,对所建模型进行验证。在此基础上,采用数值方法就三种轨道结构形式（埋入式轨枕、梯形轨枕以及钢弹簧浮置板）对箱梁中高频振动的影响规律及原因进行了探讨。结果表明：“车轮-轨道系统”的固有频率影响轮轨力的峰值频段;频率低于“钢轨-扣件系统”的固有频率时,钢轨的动柔度受到轨道结构形式的影响;各轨道结构系统的固有频率决定着力传递率的衰减趋势,并在该固有频率附近放大力传递率;轮轨力（外因）与力传递率（内因）共同决定着传递到箱梁上的力,从而影响箱梁中高频振动;对于箱梁中高频振动的减振效果而言,钢弹簧浮置板最优,梯形轨枕次之,埋入式轨枕最差。     

钢弹簧浮置板轨道结构顶升前后减振效果分析

对钢弹簧浮置板轨道结构在顶升前后的减振效果进行了实测分析,首次对处于施工阶段的钢弹簧浮置板地段通过轨道平板车时的隧道壁及地面振动进行了时域及频域分析,阐述了地铁对地面的振动影响水平及浮置板的减振效果,提出了地铁线路施工过程中扰民问题的新解决方案。     

软土区地铁不同类型轨道振动测试分析

软土区地铁隧道结构在列车荷载作用下,工后沉降问题已引起广泛关注,而考虑不均匀沉降下的轨道动力特性实测研究却未见报道。以浙江省某地铁隧道为研究对象,对该隧道两个轨道断面进行了隧道沉降变形观测和钢轨竖向振动测试。基于监测结果,分析了两断面沉降变形和振动实测结果的差异,并对软土区地铁轨道型式进行优选分析。研究结果表明:理论模型计算与振动实测结果量值相当,但理论计算模型未考虑不均匀沉降及轨道弯曲效应,较实测值小;钢弹簧浮置板轨道钢轨振级比普通整体式轨道小10 d B;钢弹簧浮置板轨道固有频率较普通整体式轨道低,列车经过时,较早达到振动峰值,列车经过后,较晚恢复平息;整体式轨道振动对周围土体的扰动大于钢弹簧浮置板轨道,因前者沉降值大于后者,沉降值变大又会进一步加大振动影响。为确保良好的运营条件,建议软土区不均匀沉降工况下采用钢弹簧浮置板等减振轨道型式。     

交通荷载作用下钢弹簧浮置板隔振道路设计参数研究

为降低城区道路汽车荷载对建筑结构的振动影响,设计一种新型钢弹簧浮置板隔振道路,对浮置板的动力学设计参数进行研究。在浮置板缩尺模型有限元试验验证的基础上,选取浮置板长度、厚度、弹簧刚度、弹簧支承间距4个参数及不同水平值,进行正交试验,建立81个样本的三维有限元模型。采用模态分析法,研究各参数对浮置板固有频率和振型的影响;实测交通荷载激励,分析激励作用下浮置板结构在时域和频域的响应,并通过Z振级和插入损失探讨浮置板结构各参数的减振效果。结果表明:各样本基频主要分布在4～10Hz之间,基频直接影响钢弹簧浮置板的隔振性能;随着浮置板长度的减小、厚度的增大、弹簧刚度的减小、支承间距的增大,浮置板结构的隔振效果明显提高;交通荷载激励下,浮置板结构振动放大频段位于基频附近及14～18Hz范围;VLz振级在0～18Hz范围内随频率增大而增大,之后随频率增大而降低,但未超过72dB;对于0～40Hz范围内的振动响应,样本最大减振量为40.6dB,基频处放大量最大为17.4dB。     

城市地铁矿山法区间钢弹簧浮置板道床施工技术

由于传统减振降噪技术的局限性,对振动敏感建筑物下方通过的地铁采用了钢弹簧浮置板轨道.钢弹簧浮置板道床作为城市轨道交通的一种特殊减振措施,其减振效果明显优于中、高等减振措施,而在城市轨道交通上软下硬地段常采用矿山施工方法,钢弹簧浮置板道床的施工工艺比盾构区间更加复杂,对质量控制要求较高.在此基础上,对城市地铁矿山法区间钢弹簧浮置板道床施工技术进行了探讨.     

地下空间上方设置钢弹簧浮置板减振设计

交通荷载可引起地下空间结构的低频振动与人群的不舒适感,对地下空间造成一定的影响。采用钢弹簧浮置板进行减振是一种较好的方法。以广州市番禺区万博商务中心核心区地下空间上方市政道路为工程背景,对钢弹簧浮置板减振结构设计进行分析。分析结果表明,设置钢弹簧浮置板可明显降低地下空间结构主要振动模态的固有频率,脱离汽车荷载的特征频率范围,汽车荷载下地下空间结构顶板的加速度响应明显降低。钢弹簧浮置板能够吸收绝大部分振动能量,减小结构振动响应。     

钢弹簧浮置板轨道过渡段动力性能影响分析

钢弹簧浮置板轨道具有良好的减振性能,但其过渡段的设置成为设计中的难点。针对影响钢弹簧浮置板轨道过渡段动力性能的参数进行研究,考虑的参数主要有弹簧加密方式、弹簧刚度、相邻轨道形式、列车速度。基于正交实验的理论,建立三维有限元动力模型,采用移动轮对荷载进行动力仿真计算,获得不同参数组合下的钢轨和浮置板的动态位移和加速度,分析过渡段动力性能主要影响因素。参数分析结果可为钢弹簧浮置板轨道过渡段的设计提供参考依据。     

地铁浮置板金属隔振器的性能的试验研究

钢弹簧浮置板轨道结构SSFST [Steal Spring Floating Slab Track]是现阶段应用比较广泛的一种减振同时又大大减弱噪音的设备,与橡胶浮置板和整体道床的减振效果相比钢弹簧浮置板轨道的减振效果更好。目前,这种轨道形式在国外已经大量采用,在全国范围内正在进行大力推广。因此,有必要对浮置板轨道结构的主要构件钢弹簧隔振器的性能进行全面的了解,对钢弹簧减振进行研究。     

模态分析在城市轨道交通浮置板上的应用

钢弹簧浮置板是城市轨道交通建设中采用的一种典型的道床下减振的轨道结构。浮置板轨道的减振性能与其固有频率息息相关。同时,作为浮置板关键弹性元件的隔振器在长期服役过程中不可避免受到损伤。通过有限元软件建立钢弹簧浮置板轨道模型应用模态分析方法,研究不同伤损情况下的钢弹簧隔振器对浮置板轨道的影响,可为浮置板的建设与设计提供一定程度的参考与借鉴。     

浮置板对地铁列车的振动和噪声影响研究

根据上海地铁2号线西延伸相关的设计要求,针对浮置板轨道结构的特点,介绍了浮置板轨道结构的基本原理及施工要点,施工完成后进行了减振效果现场测试,得出了钢弹簧浮置板轨道结构对车体振动加速度及车内噪声并无明显影响的结论。     

预制式钢弹簧浮置板道床施工工法

浮置板轨道为一种新型的轨道结构,同其它减振轨道结构比较,浮置板隔振效果彻底,技术优势明显,为城市轨道交通的振动噪声环境控制提供了有效的技术手段,在城市轨道交通中具有广阔的应用前景。下文笔者结合施工实例,具体介绍此工法的特点及施工流程---预制式钢弹簧浮置板道床施工工法。     

近轨建筑地下室结构柱车致低频振动减振设计

为了降低车致低频振动,依托实际工程,开展地下室结构柱减振设计研究。基于车辆-轨道耦合动力学理论,考虑短波随机不平顺引起的轮轨中高频振动、土体分层特性、人工黏弹性边界等非线性因素,建立近轨高层建筑车致低频振动预测模型。通过现场地表振动衰减规律测试与车致地下室振动特性测试,验证振动预测模型的有效性。研究地下室非永久柱优化布置,以及非永久柱中嵌入碟形弹簧支座、橡胶支座、粉煤灰支座等4种减振方案对车致低频振动的抑制效果。结果表明：对结构柱进行优化设计可不同程度降低车致低频振动;减少地下室非永久柱可降低地下室整体结构刚度以减少传至高层建筑的振动;采用碟形弹簧支座主要衰减地下室隔板频率63～125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减7.3 dB;通过橡胶支座衰减地下室隔板频率40～125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减7.6 dB;而采用粉煤灰支座主要衰减地下室隔板频率40～125 Hz区段振动,高层建筑最大Z振级最多衰减5.4 dB;针对该实际工程,结构柱内嵌橡胶支座效果最佳。     

钢弹簧隔振器参数变化对结构谐响应影响的研究

近些年来,道路交通拥挤现象越来越严重,为缓解交通运行压力,地铁、高架桥等轨道交通在全国各地得到大力发展。轨道交通系统大多建造在城市密集区,距离建筑物非常近,甚至就建在建筑物正下方或者穿越建筑物运行。随着居民对所居住的环境要求的提高,另外精密仪器或设备可能因振动而无法正常工作,解决轨道交通所引起的振动问题迫在眉睫。钢弹簧浮置板轨道结构SSFST[Steal Spring Floating Slab Track]是现阶段应用比较广泛的一种减振同时又大大减弱噪音的设备,与橡胶浮置板和整体道床的减振效果相比,钢弹簧浮置板轨道的减振效果更好。目前,这种轨道形式在国外已经大量采用,在全国范围内正在进行大力推广。为研究钢弹簧隔振器对框架结构减振效果的影响,文章建立一个包括12层9跨框架结构及包括钢弹簧隔振器、浮置板、及扣件在内的分析模型。其中的框架结构采用Beam188单元,板采用Shell63单元,钢弹簧隔振器采用Combin14单元,浮置板连接件采用Combin40。     

浮置板轨道磁流变隔振系统的自适应控制

隔振器的阻尼可变对地铁浮置板轨道在低频范围内实现隔振具有重要意义。本文建立了浮置板隔振的动力学模型,提出使用阻尼可调的磁流变脂阻尼器和刚度可调的磁流变弹性体元件构成短型浮置板并联隔振器,以垂向力合力最小为主要隔振目标。设计出遗传算法,以此来优化并自动匹配各个磁流变器件的阻尼。搭建了自适应控制系统,采用磁流变并联隔振器配合橡胶隔振器,利用MATLAB进行模拟激振条件下的隔振效果对比分析。结果表明,遗传算法较好地解决浮置板低频隔振不理想的难题,并抑制了浮置板轨道的振动传递。