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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

地铁列车荷载作用下轨道系统及饱和土体动力响应分析

 为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题,建立了地铁列车–轨道结构–衬砌–饱和土体耦合分析模型,其中列车荷载用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟,轨道结构中的钢轨和浮置板简化为无限长弹性Euler梁。基于弹性理论和Biot多孔介质理论,采用2.5维有限元法分别模拟衬砌和饱和土体,结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件,实现浮置板轨道系统与衬砌及周围饱和土体的耦合,并通过快速Fourier逆变换(IFFT)进行波数展开获得三维时域–空间域内的动力响应。研究结果表明,随着常荷载移动速度和移动简谐荷载自振频率的提高,地表振动水平显著增大;移动常荷载产生的地表响应最大值在荷载正上方,其空间衰减率保持恒定;移动简谐荷载产生的地基振动大于移动常荷载产生的地基振动,响应最大值在列车运行线路两侧一定范围内;在移动简谐荷载作用下,钢轨速度谱与地表速度谱分布在以简谐荷载自振频率为中心的一段范围内。     

铁路钢桁架桥浮置板轨道动力特性分析

为探讨应用于钢桁架桥上的浮置板轨道的减振作用,文中以128m跨度颖河双线特大桥为研究背景,应用ABAQUS大型有限元模拟软件,建立高速列车-浮置板轨道-钢桁架桥耦合动力学模型。在验证模型正确性的基础上,对整体模型进行瞬态动力学分析,分析钢弹簧浮置板轨道对于钢桁架桥的减振效果,较普通板式轨道,浮置板轨道系统上部位移响应有明显增高,但车体仍能在安全稳定情况下运行,桥梁跨中加速度峰值由1.2m/s2降低到0.31m/s2。说明浮置板轨道的应用有利于降低桥梁振动响应,对于延长桥梁使用寿命有积极意义。     

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.     

Dynamic analysis of rail transit elevated bridge with ladder track

In this paper, a dynamic analysis model of an elevated bridge with ladder tracks under moving train load is established. The whole process of a train running through an elevated bridge at different speeds is simulated. The dynamic responses of the elevated bridge with ladder track and the running safety and comfort index of train vehicles are evaluated. Compared with the dynamic responses of an elevated bridge with ordinary nonballasted slab track, the ladder track’s effect on reducing the vibration of an elevated bridge is analyzed. The analysis results show that the ladder track has good vibration reduction characteristics as compared to ordinary non-ballasted track.     

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。     

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基动力性态的全比尺物理模型试验

列车移动荷载下高速铁路板式轨道路基的振动特性和动力荷载传递规律对高速铁路的设计和运行维护十分重要。介绍了一种全比尺的高速铁路板式轨道路基模型和可模拟真实列车荷载高速移动的分布式加载系统,最高模拟列车速度可达360 km/h。基于该模型试验平台,对中国高速列车以不同速度运行下板式轨道路基的振动和动应力特性进行了试验研究。结果表明轨道结构的振动随着车速的提高近似呈线性增加的趋势;路基结构的振动存在阶段性,列车速度低于180 km/h时振动速度增长缓慢,而后随着速度的增加迅速增大;基床表层的碎石层对振动在路基中的传播有很好的吸收作用。试验发现,尽管无砟轨道路基表面的动应力水平远低于有砟轨道,但无砟轨道路基动应力沿深度的衰减速度要缓于有砟轨道。试验进一步发现,无砟轨道路基动应力的增长模式与列车速度和土体所处深度均有关,基于试验结果提出了用于预测高速铁路路基动应力的经验表达式。     

Vibration of railway bridges under a moving train by using bridge-track-vehicle element

During the last two decades, much attention has been paid to various vibration problems associated with railways. They include the dynamic response of railway bridges and railway tracks at grade under the action of moving trains. However, studies on the role of track structures on the vibration of railway bridges are rather limited. In this paper, a new element called bridge-track-vehicle element is proposed for investigating the interactions among a moving train, and its supporting railway track structure and bridge structure. The moving train is modelled as a series of two-degree-of-freedom mass-spring-damper systems at the axle locations. A bridge-track-vehicle element consists of vehicles modelled as mass-spring-damper systems, an upper beam element to model the rails and a lower beam element to model the bridge deck. The two beam elements are interconnected by a series of springs and dampers to model the rail bed. The investigation shows that the effect of track structure on the dynamic response of bridge structure is insignificant. However, the effect of the bridge structure on the dynamic response of the track structure is considerable.     

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。     

轨道刚度对路轨系统及饱和地基动力响应的影响

研究了轨道刚度对高速移动列车荷载作用下铁路系统动力响应的影响。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,同时考虑道渣层的影响。由Fourier变换求解多孔饱和固体的动力基本方程,在Fourier变换域内,联立铁路系统和下卧土体的动力方程,求解列车荷载作用下钢轨位移、加速度、土体位移、孔压表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移、加速度、孔压在时域内的表达式。算例中主要讨论了荷载移动速度和轨道刚度对钢轨速度、加速度及土体孔压的影响。结果表明,轨道刚度在低速情况下对路轨系统和土体动力响应有影响较小,但在高速情况下对路轨系统和土体动力响应影响很大。