浮置板軌道系統性能計算分析報告

2016-01-28 07:42:23王富雙岳渠德高云峰曲鵬飛青島理工大學青島四方車輛研究所有限公司山東中建房地產開發有限公司

黑龍江交通科技 2015年4期

王富雙，岳渠德，高云峰，曲鵬飛(．青島理工大學;．青島四方車輛研究所有限公司;．山東中建房地產開發有限公司)

浮置板軌道系統性能計算分析報告

王富雙1，岳渠德1，高云峰2，曲鵬飛3
(1．青島理工大學;2．青島四方車輛研究所有限公司;3．山東中建房地產開發有限公司)

摘要:初步分析得到彈簧浮置板軌道系統固有頻率尤其是低頻主要取決于浮置板的質量。為避免與軌道激勵譜中高能量的激勵頻率接近，引發浮置板的固體發聲，或與周圍建筑的固有頻率特別是樓板的固有頻率接近而引起建筑的二次振動及噪聲，可通過改變扣件節點剛度、隔振器剛度來調整浮置板軌道的高階固有頻率段。

關鍵詞:城市軌道;軌道減振;浮置板

中圖分類號:U415

文獻標識碼:C

文章編號:1008－3383(2015)04－0185－02

浮置板軌道結構一般由鋼筋混凝土浮置板、彈性支座或彈性墊、混凝土底座及配套扣件組成。該結構是用扣件把鋼軌固定在鋼筋混凝土浮置板上，浮置板置于可調的彈性支座上，浮置板兩側用彈性材料固定，形成一種質量—彈簧隔振系統。根據德國實測資料和中國鐵道科學研究院的模型試驗結果，減振效果可達20～40 dB，缺點是造價較高，施工工期較長。各國采用的浮置板軌道結構形式較多，大體可分為三類:鋼彈簧浮置板軌道、橡膠彈簧浮置板軌道和隔振墊浮置板軌道。文章對諸如“點支撐式”鋼彈簧浮置板軌道系統進行計算，根據技術要求，初步反復試算。

1　研究內容

1．1浮置板系統的選型設計

(1)浮置板的區間布置

在確定隔振器型號之前須解決的首要問題是隔振段起止點的選取、單塊浮置板的長度選取、以及浮置板的截面選取。

(2)浮置板截面選型

浮置板的截面直接決定了浮置板系統的質量(重量)特性，是浮置板系統的最主要參數之一，直接影響到系統的主要頻率。

1．2隔振器選型設計

隔振器選型同樣決定了浮置板系統的主要頻率，它是鋼彈簧浮置板系統的主要剛度來源，也是控制車輛從普通道床平滑、順利過渡到隔振段的主要保證。

1．3隔振系統動力分析

浮置板系統的模態分析主要是指浮置板結構固有特性的計算，其主要輸出結果有:前幾階固有頻率，模態變形圖，模態質量等。

1．4浮置板結構強度設計

浮置板結構強度設計是滿足結構的整體安全性要求及車輛的正常使用要求的首要保證，必須進行合理、經濟的結構強度設計，綜合考慮各種可能的、實際的荷載工況，引入動力荷載的影響，考察重點部位的位移、內力、應力水平，且在此過程中進行正常使用狀態的各種驗算，保證車輛的正常行駛不受影響，而且保證其它附屬結構不受影響。文章采用Abaqus非線性有限元軟件進行計算，主要計算系統豎向固有頻率;鋼軌、浮置板豎向位移、橫向位移以及浮置板的內力(彎矩、剪力等)。

2　計算模型

浮置板軌道結構計算模型組成主要包括鋼軌、扣件節點、浮置板和隔振器等四部分，并以此建立有限元模型，其中鋼軌采用梁單元，扣件、隔振器采用彈簧單元，浮置板采用實體單元，如圖1所示。其中，圖中X方向為浮置板軌道橫向，Y方向為軌道豎向，Z方向為軌道縱向。

圖1　彈簧浮置板軌道計算模型

3　主要計算參數

(1)鋼軌:鋼軌采用60軌，全長25 m;彈性模量E = 2．1e11 Pa，剪切模量G =8．0 e10 Pa，密度r =7．85 g/cm3，泊松比μ=0．3;

(2)扣件:扣件間距625 mm，模型兩端距鄰近扣件間距為312．5 mm;扣件節點剛度初步定為80 kN/mm;

(3)浮置板:浮置板混凝土采用C40，全長25 m，截面尺寸詳見圖1;彈性模量E =3．25 e10Pa，密度r =2 500 kg/m3，泊松比μ=0．2;

(4)隔振器:隔振器在浮置板中部均布設置，兩端設置過渡分布，詳見圖2所示;剛度初步定為6．0 kN/mm; (5)設計軸重: 140 kN; (6)最高速度: 80 km/h。

4　模態計算結果

有關研究文獻表明:地鐵運行引起的環境振動一般主要分布于40～80 Hz的頻段。其中直接決定浮置板軌道系統固有特性及減振性能的是第一階豎向固有頻率。高階模態及頻率的計算則主要針對于需進行頻率回避驗算的環境要求。浮置板軌道系統模型質量主要來自于浮置板(本計算工況未考慮車輛軸重質量)，剛度主要來自于隔振器，前五階浮置板軌道模態如圖2～6所示。其中圖4為浮置板軌道

第一階豎向模態，其固有頻率為14．7 Hz。