地鐵車輛—鋼彈簧浮置板軌道耦合動態(tài)行為的研究.pdf

1、一方面，我國正大力發(fā)展城市軌道交通來緩解大中城市的交通擁堵狀況，另一方面，城市軌道交通誘發(fā)的振動、噪聲等環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注，解決好這些環(huán)境問題是保證城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。為此，多種減振降噪措施被用來削弱城市軌道交通對線路沿線居民、建筑和精密設(shè)備的影響，然而，各種措施的預(yù)期目標(biāo)及使用效果不盡相同。目前，與其他減振降噪措施相比，鋼彈簧浮置板軌道綜合表現(xiàn)最好，在對減振控制要求嚴(yán)格的位置廣泛推廣使用。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展

2、，居民健康意識的增強，鋼彈簧浮置板減振軌道將會被更多的應(yīng)用到新建的城市軌道交通線上。
　　浮置板軌道結(jié)構(gòu)形式多樣，各自適用環(huán)境和減振效果都有差別，鋼彈簧浮置板軌道只是其中一種。雖然浮置板軌道擁有減振效果好、運行維護(hù)少、使用壽命長等諸多優(yōu)點，但是，前期投入大、施工復(fù)雜、工期長和線路穩(wěn)定性差等缺陷嚴(yán)重制約了它的廣泛使用，目前只安裝在對振動控制要求嚴(yán)格的線路上。因此，為了充分了解浮置板軌道的優(yōu)缺點，做到合理的揚長避短，國內(nèi)外學(xué)者采用多種

3、手段對它進(jìn)行了研究。對于連續(xù)型浮置板軌道，研究的重點是軌道的垂向共振頻率、軌道臨界速度、軌道柔度和減振效率等；對于離散型單元板式浮置板軌道，研究的重點是軌道板的彎曲柔性變形對減振效果的影響、軌道板接頭位置垂向錯動、浮置板軌道與其他軌道形式連接過渡等。
　　有關(guān)浮置板軌道的研究已取得大量成果，解決了很多相關(guān)工程問題。但是，尚有一些問題存在爭議，沒有徹底解決，如地鐵車輛在浮置板軌道上運行時的安全性問題、是否需要在離散型單元板端頭的接縫

4、處安裝鉸接約束裝置?是否應(yīng)該在浮置板軌道到傳統(tǒng)整體道床軌道的過渡段采取軌道支承剛度過渡措施?浮置板軌道支承失效的機理以及軌道車輛耦合動態(tài)行為的影響如何?浮置板軌道是否適合新型列車即直線電機列車安全平穩(wěn)運行?針對上述尚未解決問題，主要展開了以下幾個方面的研究工作：
　　(1)首先對國內(nèi)外浮置板軌道的研究歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)論述，明確了鋼彈簧浮置板軌道技術(shù)的研究意義和研究方向。
　　(2)進(jìn)一步推進(jìn)了地鐵車輛-鋼彈簧浮置板軌道耦

5、合耦合動力學(xué)模型和相應(yīng)的數(shù)值程序。主要體現(xiàn)在：(a)建立直線電機列車車輛/浮置板軌道模型和相應(yīng)的數(shù)值方法；(b)模型中能夠反映車輛相對軌道的移動效應(yīng)；(c)考慮了軌道板端部的連接結(jié)構(gòu)的影響和建模；(d)采用三維實體有限元理論模擬軌道板，不僅可以對短、中和長型軌道板進(jìn)行統(tǒng)一建模，而且考慮軌道板厚度尺寸的影響，有效提高計算結(jié)果的可靠性，可以進(jìn)行軌道板局部傷損建模分析；(e)考慮傳統(tǒng)整體道床軌道和浮置板軌道過渡段不同過渡方案的影響和建模，即軌

6、道縱向非均勻支承結(jié)構(gòu)建模分析。
　　(3)研究了普通地鐵車輛(轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動)在鋼彈簧浮置板軌道上運行時軌道板長度、厚度和鋼彈簧縱向間距對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。弄清了鋼彈簧浮置板軌道對車輛運行性能的影響規(guī)律；得出了地鐵車輛在不同參數(shù)鋼彈簧浮置板軌道上運行時輪軌力、車輛加速度等。研究結(jié)果顯示，鋼彈簧浮置板軌道參數(shù)變化對系統(tǒng)振動加速度的影響很小；就脫軌系數(shù)而言，地鐵車輛在鋼彈簧浮置板軌道上可以安全運行。
　　(4)分析計算了普通

7、地鐵車輛在鋼彈簧浮置板軌道上運行時，軌道板間的錯動對輪軌力和扣件力的影響規(guī)律。研究表明，軌道板間的錯動對輪軌力的影響甚微，對接縫兩側(cè)扣件受力影響明顯；在接縫位置安裝剪力鉸可以有效削弱軌道板間錯動對扣件受力的影響，降低扣件系統(tǒng)病害發(fā)生的概率，減少后期維護(hù)。
　　(5)分析計算了鋼彈簧浮置板軌道與普通板式無砟軌道連接過渡段軌道剛度變化對輪軌力、扣件力和軌道變形的影響規(guī)律。結(jié)果顯示，過渡段內(nèi)軌道剛度突變對輪軌力的影響不大，對過渡點兩側(cè)扣

8、件受力狀態(tài)影響較大，需要在過渡段內(nèi)設(shè)置剛度過渡區(qū)來降低扣件的拉、壓力水平；在過渡段軌道板安裝剪力鉸、在過渡區(qū)增加鋼彈簧布置密度和降低過渡段內(nèi)扣件剛度都可以有效地降低扣件受力水平。
　　(6)研究了鋼彈簧浮置板軌道的扣件或鋼彈簧失效對車輛運行安全性和軌道變形的影響。研究結(jié)果表明，只有當(dāng)扣件連續(xù)失效數(shù)量到一定程度時才會嚴(yán)重威脅車輛的行車安全。少數(shù)鋼彈簧失效對行車安全影響甚微，但會增大軌道板垂向變形位移，影響部分扣件的受力狀態(tài)，嚴(yán)重情況

9、會導(dǎo)致軌道板與地基板的硬碰觸底接觸。
　　(7)研究了直線電機地鐵車輛在鋼彈簧浮置板軌道上運行時系統(tǒng)的動態(tài)行為。明確了軌道板接縫與感應(yīng)板接縫位置關(guān)系對系統(tǒng)受力的影響規(guī)律以及感應(yīng)板垂向位置異常對系統(tǒng)受力的影響規(guī)律。從研究結(jié)果獲知，軌道板接縫與感應(yīng)板接縫應(yīng)采用“對齊”方式布置，應(yīng)嚴(yán)格控制感應(yīng)板的上凸型異常錯動。
　　(8)根據(jù)正在服役的鋼簧浮置板軌道現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)，分析了鋼彈簧浮置板軌道的鋼軌狀態(tài)對車輛部件的振動響應(yīng)情況，通過與其