地铁弹性分开式扣件合理垂向刚度匹配研究

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1、万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1研究背景第1章概述随着我国城镇化的发展以及城市居民生活水平的提高，城市交通拥堵现象日趋严重，城市轨道交通得到了快速的发展和延伸，国内已经拥有和正在建设轨道交通系统的城市越来越多。跟据国家发改委发布的统计数据显示，目前中国已有36个城市在着手规划城市轨道交通并获批筹备建设。截止到2013年年底，轨道交通已在我国19个城市开始发挥其城市客运的功能12i，其运营总里程为2366km，而预计进入2020年以后，城市轨道交通将在我国50个或以上的城市存在并发挥其

2、社会效益，总的里程规模将达到6000km。考虑到城市轨道交通的线路规划和设计是依据对客流量的预测结果进行的，必然会通过人口居住密集的区域、一些重要的单位以及其他对振动敏感的地段。在某些地方，轨道交通经过密集居住的居民区、振动敏感的科研院所、医院、养老院、古建筑物等区域，线路距周边建筑物的距离十分接近，有时甚至会出现横穿建筑结构、古建筑物地基等情况。此外，随着各个大、中、小城市的规模逐渐扩大，城市人口不断增加，道路交通状况也越来越恶化，在各城市中大力发展公共交通已成为一个国际化的趋势。但是，随着高速、重

3、载及提速运输的深入发展，轮轨动态相互作用力加剧，列车作用于轨道结构的荷载越来越复杂，对于轨道零部件的要求也越来越高。轨道扣件就是轨道上用以联接钢轨和轨枕(或其他类型的轨下基础)的零件，又称为中间联接零件。扣件的作用在于可以长期有效的保持钢轨与轨枕的可靠联结，阻止钢轨相对于轨枕的移动，并能在车轮振动力的作用下充分发挥其缓冲减振性能，延缓轨道残余变形的积累。在有砟轨道中，扣件将钢轨与轨枕联结一起，承受列车传来的纵、横和垂向荷载；在无砟轨道中，扣件除了固定钢轨之外，还主要提供轨道弹性，并且调整轨道结构，其结

4、构和性能甚至关系到无砟轨道运行的成败【5】。1．2国内外地铁轨道研究现状轨道结构根据其不同的轨下基础形式可划分为两大类：有砟轨道和无砟轨道。131万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第2页传统的有砟轨道道床采用碎石道碴，因石碴道床有增加弹性、减少振动、排水及维修方便等特点，有砟轨道在很长一段时问内作为普通铁路轨道的主要结构形式。但随着列车速度的不断提高，轨道结构振动加剧，石碴道床的变形严重，同时造成轨道的各种不平顺，严重影响了高速列车的舒适和安全性。无砟轨道以其高稳定性、高平顺性和少维修等特点，在现

5、代轨道交通运营中有着明显的优势。现在无砟轨道已经成为城市轨道交通的主要轨道结构型式，但其也有投资大、冲击噪声大的缺点。近几年，我国主要采用下列几种减振降噪型轨道结构。1．2．1浮置板轨道浮置板轨道结构顾名思义就是轨道的上部机构与底座支承基础分隔，令其悬浮起来，一般是由钢筋混凝土浮置板、弹性支座、混凝土底座及配套扣件组成。如图l一1，该结构的钢轨通过扣件连接将其约束在钢筋混凝土浮置板上，浮置板下方采用可调的弹性支座支承，在浮置板两侧放有弹性材料将其固定，构成一种类似质量一弹簧隔振系统。浮置板轨道的原理为

6、通过振动体振动质量的增大和弹性的扩大，利用其惯性力来对列车产生的冲击荷载进行吸收衰减，进而产生隔振效果。蛙碧tII德1．2．2弹性支承块式轨道图1-1浮置板轨道结构弹性支承块式轨道结构主要通过降低高频部分振动获得减振效果的轨道结构。其结构如图l一2所示，弹性支承块万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第3页图1-2弹性支承块式无砟轨道(单位：lnin)(1．60kg／m钢轨；2．钢筋混凝土支承块；3．块下胶垫；4．橡胶靴套：5一混凝土道床；6一混凝土底座)式轨道结构主要是由两个钢筋混凝土弹性支承块、混

7、凝土道床板和底座及相应配套的扣件组成。钢筋混凝土支承块外面包裹一层橡胶靴套，其结构与块下胶垫构成弹性支承块。橡胶靴套和块下胶垫都拥有一定的厚度，块下胶垫一般为沟槽形，并根据系统所需刚度设计值大小设计其结构。列车荷载通过时，其产生的轮轨振动通过钢轨轨下胶垫传递时产生第一次衰减，然后通过弹性支承块下胶垫产生第二次衰减，经过两次振动衰减，轮轨振动传递到基础支承层时的振动高频成分及其幅值已经变得很小。通过选取两层胶垫的不同刚度组合，可以满足各种不同的减振要求。通过对双层弹性垫板的合理刚度匹配，可以令轨道结构的

8、系统刚度接近有砟轨道的刚度，使弹性支承块式轨道结构拥有足够的弹性，满足了城市轨道交通中的低振动、低噪声的环保要求。弹性支承块式轨道结构相比于其他轨道结构拥有着结构简单、施工容易、造价相对较低的工程优点。但由于采用橡胶靴套和块下胶垫，橡胶拥有容易老化的特征，因此在运营一定时间后就要对其进行更换。弹性支承块式轨道结构常用于有一定减振要求多的敏感地区，如古建筑、医院、商业区域、居民区等。1．2．3嵌入式轨道结构一般的轨道结构是利用扣件系统将钢轨连接固定在轨枕或