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文檔簡介
1、隨著我國城市軌道交通工程的發(fā)展,越來越多的地鐵線路會穿越環(huán)境振動敏感區(qū)域,減振軌道結(jié)構(gòu)的應(yīng)用不可避免,由此衍生出諸多減振軌道結(jié)構(gòu)。其中彈性長枕便是一種新型減振軌道結(jié)構(gòu),現(xiàn)已被逐漸應(yīng)用于城市軌道交通建設(shè)中。然而彈性長枕的減振性能及動力學(xué)特性尚不明確,相關(guān)理論研究相對較少,更缺乏對彈性長枕軌道鋪設(shè)后的動態(tài)性能跟蹤測試。
本文以北京地鐵15號線鋪設(shè)彈性長枕軌道為研究背景,基于有限元和輪軌耦合動力學(xué)理論,結(jié)合模態(tài)測試和現(xiàn)場動力學(xué)測試,
2、對彈性長枕軌道結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性進行了研究,論文主要工作及結(jié)論如下:
(1)開展了彈性長枕模態(tài)、振動傳遞測試及地鐵隧道內(nèi)現(xiàn)場動力學(xué)測試。模態(tài)測試研究了彈性長枕前10階振型,將有限元計算結(jié)果與測試結(jié)果對比論證了計算參數(shù)及模型的準確性。單軌枕的振動傳遞測試驗證了彈性墊層的減振效果。由彈性長枕軌道振動傳遞特性分析可知,墊層剛度越小,軌道結(jié)構(gòu)共振頻率越低,導(dǎo)納曲線在高頻段峰值越低,越有利于減振。根據(jù)現(xiàn)場動態(tài)測試,從時域和頻域的角度量化了彈
3、性長枕軌道結(jié)構(gòu)的減振效果。在測試條件下,彈性長枕軌道在隧道壁底可減振10.52dB,在隧道壁1.5m處可減振9.6dB。
(2)建立了車輛-軌道-隧道-土體空間耦合動力學(xué)模型,分別建立普通整體無砟道床、彈性支承塊無砟軌道、彈性長枕軌道3種地鐵隧道軌道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu),計算地鐵列車以80km/h速度通過時3種軌道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。研究表明,當列車以相同速度通過時,相比于普通整體無砟道床,彈性支承塊和彈性長枕軌道的振動明顯降低;采用彈性長
4、枕能夠更大程度上降低隧道壁的振動加速度,說明彈性長枕在降低地鐵振動環(huán)境影響方面優(yōu)于彈性支承塊。
(3)通過建立的動力學(xué)模型,分別研究了彈性墊層剛度、彈性墊層阻尼比、列車運行速度等參數(shù)的變化對軌道結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的影響。研究表明:隨著墊層剛度的減小,輪軌垂向力逐漸增加,鋼軌、軌枕動位移逐漸增加,而輪重減載率、脫軌系數(shù)、鋼軌橫向位移變化較小,鋼軌和軌枕的振動加速度增加,道床、隧道壁的振動逐漸減小。說明較小的墊層剛度有利于軌道減振效果
5、的發(fā)揮。隨著彈性墊層阻尼比的增加,輪軌作用力、軌道結(jié)構(gòu)動位移及振動加速度均有所減小,說明較高的阻尼比更有利于彈性長枕軌道減振。各指標隨行車速度的增加均有所增加,因此彈性長枕軌道設(shè)計應(yīng)考慮墊層剛度、行車速度等各方面因素的影響。
(4)從輪軌作用力、動位移、扣件支反力及結(jié)構(gòu)加速度等角度出發(fā),研究了扣件失效、軌枕空吊、墊層老化等病害對彈性長枕軌道動力學(xué)性能的影響。研究表明,扣件失效對車輛動力學(xué)行為影響較小,安全系數(shù)變化不明顯,對相鄰
6、3組扣件支反力影響較大,若完全失效,會使相鄰扣件支反力增加33.77%,鋼軌橫、垂向位移分別增加49.18%、164%。同時扣件失效還會增加鋼軌、鄰近軌枕的振動加速度。失效扣件數(shù)量越多,對各指標影響越為明顯;墊層老化剛度越大、空吊面積越大、空吊量越大,對軌道結(jié)構(gòu)動位移、各結(jié)構(gòu)振動加速度影響越大。因此應(yīng)重點關(guān)注相關(guān)軌道病害,避免病害發(fā)生。
(5)提出彈性長枕軌道與阻尼鋼軌、減振扣件及減振混凝土道床結(jié)合減振的新思路,研究減振措施結(jié)
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