不同轨道结构形式对高架箱梁结构噪声的影响

为探讨不同轨道结构形式对高架混凝土箱梁结构噪声的影响规律,在考虑多轮对相互作用影响的基础上,建立车辆-轨道耦合系统频域内分析模型及桥梁噪声统计能量仿真模型。以某城市轨道交通30m混凝土简支箱梁现场噪声试验为依据,对仿真分析模型进行验证。在此基础上,分别对埋入式轨枕、梯形轨枕及钢弹簧浮置板三种轨道结构形式下作用于箱梁的力、输入功率及箱梁结构噪声的频变规律进行了探讨。结果表明：仿真值与实测值吻合良好,能较好对箱梁结构噪声进行预测;输入到箱梁的总功率及子系统的功率取决于作用于箱梁的力;场点噪声的频变规律主要受箱梁输入功率的影响;轨道结构形式对箱梁噪声的影响较大,辐射总声级大小关系为：埋入式轨枕情况下最大,梯形轨枕情况下次之,钢弹簧浮置板情况下最小。     

基于振幅放大机制的浮置板轨道低频轻质减振

为探讨在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容的可行性,基于振幅放大机制,设计一种杠杆式动力吸振器(LT-DVA)。采用能量泛函变分法建立了配置有LT-DVA的钢弹簧浮置板轨道动力分析模型,以轨道结构的力传递率、位移导纳为评价指标,通过与普通动力吸振器(DVA)进行对比验证LT-DVA的有效性。在此基础上,利用多频控制的思路,在浮置板上引入多个杠杆式动力吸振器(LT-MDVA),以实现宽频控制、高衰减的效果。进一步考虑列车荷载的作用,分析验证动态轮轨力作用下LT-MDVA的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响。结果表明：由于振幅放大机制(振幅放大系数为α)的有益效果,LT-DVA的有效惯性质量、刚度、阻尼是同参数DVA的α²倍,即工作能力是DVA的α²倍;在LT-DVA的基础上,LT-MDVA能够有效拓宽振动衰减频段且提升振动衰减能力;相较于普通钢弹簧浮置板轨道,在动态轮轨力作用下,质量比仅为0.02的LT-MDVA不仅能够有效减小传递至下部基础的力(最大衰减约7.5dB),还能有效减小轨道结构的响应(钢轨和浮置板振动最大衰减...     

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。     

钢弹簧浮置板轨道结构模态及动力性能参数分析

钢弹簧浮置板轨道与普通整体式道床相比,具有较好的减振降噪的功能.通过钢弹簧浮置板轨道结构模态分析不同结构参数对道床板固有频率的影响,发现浮置板固有频率随着隔振器刚度的增大而增大,随着隔振器间距的增大而减小,并且模态阶数越高,固有频率间的差距越小;但是道床板的固有频率随板长的增大而减小.在以上参数的基础上,对轨道结构的动力响应进行分析,得到了钢轨和道床板的垂向位移、垂向加速度、横向加速度以及隧道壁垂向加速度随结构参数的变化趋势,可为钢弹簧浮置板设计、参数选定和结构优化提供参考.     

基于功率流法的地铁轨道振动能量分布特性研究

为研究地铁轨道振动能量分布特性,分析计算了列车荷载下钢弹簧浮置板轨道的振动能量竖向传递机理及轨道结构参数对功率流的影响,结果表明:振动能量从钢轨自上而下传递,经过道床板最后达到衬砌,因为引入了扣件和减振装置,所以功率流的传递特性受到了影响,扣件阻尼对钢轨、道床板和衬砌的功率流峰值有一定影响,除此之外,钢轨、道床板和衬砌的功率流峰值的数量也受到了一定程度的影响。     

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。     

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。     

地铁不均匀沉降地段的轨道类型比选分析

简要总结了地铁不均匀沉降易发生的地段、原因及不利影响,对有砟轨道、普通无砟轨道、钢弹簧浮置板、隔振垫浮置板及梯形轨枕轨道等常用轨道类型对不均匀沉降的适应性和相关技术特点进行了全面分析,梯形轨枕在自身抗弯能力、空吊的检测和整治方便性、排水、施工速度、铺设精度等方面均具有优势,对不均匀沉降的适应性最好。     

预制短型与现浇长型浮置板轨道动力特性及服役性能比较研究

为了比较浮置板轨道预制短板型式与现浇长板型式动力特性及服役性能的差异,将轨道结构作为一种周期性的无限结构,根据两种轨道自身的结构特点,建立相应动力计算模型进行了计算及分析。计算结果表明：（1）预制短型浮置板轨道结构对低频荷载的分摊承载能力弱于现浇长型浮置板轨道结构;（2）浮置板交错反相振动的轨道模态对预制短型浮置板轨道结构的振动影响较大,但对现浇长型浮置板轨道结构的振动几乎没有影响;（3）运行列车作用下,现浇30m长板浮置板轨道的钢轨及浮置板响应在30~100Hz频段内大于预制3.6m短板浮置板轨道,但预制3.6m短板浮置板轨道的钢轨及浮置板响应在25Hz以下的大部分频段却大于现浇30m长板浮置板轨道;（4）相较于现浇长型浮置板轨道,预制短浮置板轨道应采用疲劳寿命更长的隔振器。     

基于现场锤击试验的高铁简支箱梁振动传递特性研究

以高速铁路32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,基于现场锤击试验,探讨了铁路混凝土简支箱梁振动传递特性。采用有限元法建立了轨道-桥梁 垂向耦合系统模型,计算了轨道板、底座板和桥梁顶板在1～1000Hz之间的垂向速度导纳,与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性。利用有限元模型 研究了箱梁振动传递特性,讨论了箱梁顶板厚度、增设中腹板和扣件系统刚度、阻尼等参数对箱梁振动特性的影响,分析了行车激励下箱梁振动传递特性。 研究结果表明：在1/3倍频程中心频率20～200Hz之间,顶板速度导纳最大,翼板次之,腹板和底板的速度导纳相对较小;顶板振动在距激励点L/8（L为桥梁 跨度）范围内的衰减较快,在距离激励点L/8以外的衰减缓慢;增大箱梁顶板厚度、增加箱梁中腹板以及增大扣件阻尼等措施能在一定程度上减小桥梁的振 动和噪声;在轮轨力激励下,箱梁各板件均在中心频率40～80Hz之间振动速度较大,由此可导致该频率范围内的结构噪声较大。     

Development of a Vibration Attenuation Track at Low Frequencies for Urban Rail Transit

Railway‐induced vibrations at low frequencies have become an important environmental issue with the rapid development of urban rail transit. In this study, a new vibration attenuation track (VAT) capable of passively mitigating vibrations at low frequencies is developed based on an integrated theoretical and experimental study. The full‐scale VAT is built which incorporates a floating slab track (FST) and the attached dynamic vibration absorbers (DVAs) with key parameters determined by the fixed‐point theory and modal analysis technique. The vibration attenuation performance of the VAT is investigated under train dynamic loads by establishing a three‐dimensional coupled dynamic model of a metro vehicle‐VAT‐subgrade system, and is further elucidated and validated by carrying out full‐scale dynamic tests under different harmonic loadings. Computational and experimental results both show that vibrations of the track are effectively absorbed by the attached DVAs leading to a significant reduction of the subgrade vibrations at the low frequency of 9–16 Hz.     

移动简谐荷载作用下饱和土体中圆形隧道和轨道结构的动力分析

采用解析法研究了移动简谐荷载作用下饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构的动力响应,用无限长圆柱壳模拟衬砌,用Biot饱和多孔介质理论模拟土体,用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成周期性的两层叠合梁单元,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例分析了荷载移动速度、自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响,对比了连续浮置板轨道和离散浮置板轨道的动力特性。结果表明:离散浮置板轨道情形下,轨道结构和饱和土体响应频谱中存在由荷载周期通过不连续浮置板而引发的参数激励;荷载自振频率接近轨道结构固有频率时产生共振,对轨道结构和饱和土位移、孔压响应均有较大影响;离散浮置板轨道和连续浮置板轨道动力特性有显著差异,当荷载频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,二者对应的自由场响应区别明显;增大衬砌厚度可以显著减小饱和土位移响应。     

基于风洞试验及大涡模拟的宽体扁平箱梁涡振特性研究与优化

基于1∶60节段模型风洞试验,研究了桥面附属构件对宽高比为12的宽体扁平箱梁涡激振动性能的影响。研究发现,成桥态主梁在正攻角(+5°,+3°)下发生了显著的竖弯和扭转涡振,而提高人行护栏透风率或内移检修车轨道均可同时降低两种涡振的振幅,且提高人行护栏透风率还可缩短两种涡振的风速锁定区范围。采用三维大涡模拟(3D LES)进行了施工态和成桥态的静态绕流计算,发现不合理附属构件将使箱梁上下表面均形成大范围流动分离,在迎风侧人行护栏、两道检修车轨道三处分离点产生的漩涡各自以不同频率向尾流脱落,从而诱发较强的涡振响应。     

On the use of under sleeper pads in transition zones at railway underpasses: experimental field testing

The railway track at transition zones to bridges or to other structures usually requires considerably more interventions to maintain the same open track service quality and safety levels. Under sleeper pads (USP) have been reported to contribute to reduce degradation and frequency of maintenance operations in open ballasted tracks, and recent numerical studies have suggested its use in transition zones. In this study, the influence of using USP at transition zones to underpasses was investigated. The structural behaviour of two transitions to similar box culverts was compared. USP were added to the sleepers in one of the transitions. Track characterisation using non-destructive tests is presented and analysed. Measurements of track response from passing trains are also presented and discussed. Results indicate that USP influence the dynamic behaviour of the track, increasing its vertical flexibility and amplifying both rail displacements and sleeper accelerations.     

Numerical study on suppression of vortex-induced vibrations of box girder bridge section by aerodynamic countermeasures

This paper investigates the mechanism of reduction in the amplitude of vortex-induced vibrations for a box girder bridge section in the presence of aerodynamic countermeasures using 3D LES turbulence model. Being the basic configuration for the bridge section, the aeroelastic instability of rectangular section with an aspect ratio of 4 is investigated in heaving mode under smooth flow conditions and the wake characteristics are examined. Thereafter flow around box girder section having width to depth ratio of 3.81 in the presence of aerodynamic countermeasures is analyzed and the effect of these countermeasures on the unsteady lift forces is evaluated using forced oscillation simulations. Then response of the box girder section in the presence of such aerodynamic countermeasures is investigated by conducting the free oscillation simulations, and the predicted amplitudes of vibration are compared with the experimental results. Flow visualization is employed to clarify and understand the modified flow characteristics around bridge section in the presence of aerodynamic countermeasures resulting in a reduced amplitude of vibration. Further a method based on forced oscillations to identify the reduced velocity corresponding to the maximum amplitude of vibration is proposed.     

高铁连续梁桥横向变形与轨面几何形态变化的映射关系研究

为研究高速铁路桥梁结构横向变形与轨面变形间的映射关系,在考虑高速铁路桥梁-路基-无砟轨道系统层间相互作用的基础上,基于势能驻值原理,推导出连续梁桥横向变形与轨面变形的微分方程及边界条件,提出连续梁桥横向变形与轨面变形的映射解析模型。利用所提的解析方法及有限元方法分别求解连续梁桥横向变形下的钢轨变形,并研究横向变形幅值不确定性对轨面变形的影响。结果表明：两种方法求解结果吻合良好,验证了所提的解析模型的正确性;桥梁结构变形与轨面变形的映射系数随桥梁结构变形幅值的增加而非线性增大;钢轨变形具有明显的“跟随性”;钢轨变形及层间扣件内力随连续梁桥变形幅值的增大而增大;列车运行速度越快,钢轨变形引起的激励频率越大。