地铁钢弹簧浮置板轨道的减振效果分析.pdf

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1、第33卷，增刊中国铁道科学Vo1．33Supplement2012年8月CHINARAILWAYSCIENCEAugust，2012文章编号：1001—4632(2012)04—0017—08地铁钢弹簧浮置板轨道的减振效果分析魏金成，何平，李宇杰(北京交通大学隧道及地下工程教育部研究中心，北京100044)摘要：应用ABAQUS软件建立列车一轨道一隧道一土层的动力学模型，研究钢弹簧浮置板的减振效果。在地铁列车以20m·s速度运行条件下，浮置板的振动加速度峰值(15m·s)远大于普通轨道；铺设浮置板后隧道拱顶和地表的振动加速度峰值分别为0．07和0．005m·s～，远小于

2、普通轨道。频域分析表明：浮置板的振动频率在400Hz以上频段衰减很大，而100Hz以内低频成分的振动能量明显增强；浮置板轨道对于隧道拱顶在400~800Hz、地表在20~80Hz频段内的减振效果明显。1／3倍频程分析表明：浮置板的分频振级最大增量为22dB(中心频率为10Hz)；铺设浮置板后隧道拱顶的最大减振量为18dB(中心频率1016Hz)，地表的分频最大减振量为6dB(中心频率63Hz)。Z振级分析表明：铺设浮置板后隧道拱顶和地表处的减振量分别为24和25dB，在25~80Hz频段的减振效果最好；因浮置板自振频率处于20Hz以下的低频范围，能够吸收中高频振动、放大

3、自身低频振动，所以具有阻高频、放低频的减振特性。关键词：钢弹簧浮置板；减振；动力学分析；频域分析；振动加速度；轮轨力；1／3倍频程；地下铁道中图分类号：U213．2；U231．2文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4632．2012．S1．04地铁列车运行所产生的振动对隧道结构和地面①不考虑车体、转向架和轮对的变形，转向架由刚环境的影响是地铁运营必须妥善解决的问题。钢弹性杆连接而成，一系、二系弹簧和阻尼特性为线性簧浮置板因其减振效果好、使用寿命长、易养护维的；②车轮踏面采用LM磨耗型踏面，并采用不修、施工简便等优点，在各大城市地铁工程中被广需网

4、格划分的解析刚性面模拟；③钢轨采用可变形泛采用。体模拟；④土层的本构特性采用D—P模型描述；许多学者对钢弹簧浮置板的减振性能进行研⑤隧道结构按照实际截面大小、采用可变性体模究。文献[1-1通过荷载折减方法在浮置板上直接拟，各构件之间变形一致，单个构件具有其独立的施加等效列车荷载，计算地表共建建筑的振动响参数属性。应；文献[2]将不同频率的简谐荷载作为二维隧由于建模过程中需对半无限土体进行截断处道一土体有限元模型的作用力，计算分析地铁列车理，所以需要在截断边界上采用适当的人工边界，振动传播的衰减特性。文献[3]对北京地铁5号ABAQUS软件中的人工黏弹边界通过线性弹簧和线

5、浮置板轨道的环境振动影响问题进行了实测分阻尼器来描述，并选用cartesian单元实现。建立析。这些研究大多采用简化处理的方式进行研究，隧道子模型，该子模型在隧道轴线方向长取140而忽略了列车、轨道、隧道及土体之间的耦合振动m，宽度取100m，厚度取60m，隧道埋深20m。响应特性。本文建立统一的列车一轨道一隧道一土用于计算模型内波动的人工黏弹边界条件为l_4]层动力学模型，进行浮置板轨道减振效果的研究。fCh—【Kb一／R1动力学模型式中：Cb和Kb分别为施加于人工边界上单位面积的黏性阻尼器阻尼(单位为N·S·m-。)和弹性本文采用ABAQUS软件进行列车一轨道一隧弹

6、簧刚度(单位为N·m)；p为土介质密度，道一土层动力学模型的建立。建模原则及假定为：kg·m～；c为土介质振动波速，m·s～；参数a收稿日期：2011—11—10；修订日期：2012～07—23基金项目：国家自然科学基金资助项目(50778012)；苏州轨道交通盾构管片合理设计及优化研究基金资助项目(C09L00500)作者简介：魏金成(1987一)，男，湖北随州人，硕士研究生。18中国铁道科学第33卷按平面内法向和切向分别取为2．0和1．5；R为振6Okg·m钢轨断面，截面惯性矩为3．217×10一s源到人工黏弹边界计算点的距离，m；G为土介质m4。采用美国五级线路谱

7、作为轨道不平顺。扣件材料剪切模量，Pa。采用WJ一7扣件，参数见表l。轨道的结构参数轨道结构由钢轨、扣件、承台、轨道板和底座见表2，土体参数见表3。板组成，长度取为列车长度的4倍。钢轨截面采用表1扣件参数轮对与轨道结构接触模型如图1所示。图中所示为一车3、4轮对与二车1、2轮对。车体、转向架和轮对为刚体，考虑车体、转向架及轮对的沉浮、横摆、点头、侧滚和摇头自由度。轨下结构按实际情况进行模型建立。共设置6块浮置板，板端约束板长度方向自由度以模拟剪力铰，板内等间距嵌入级配更高的混凝土块模拟轨下周期性支撑块。采用cartesian单元模拟轨下扣