鐵路橋上減振CRTS-Ⅲ型無砟軌道振動響應及車輛平穩性分析

宋瑞，劉林芽，徐斌，曾開華

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鐵路橋上減振CRTS-Ⅲ型無砟軌道振動響應及車輛平穩性分析

宋瑞1, 2，劉林芽2，徐斌1，曾開華1

(1. 南昌工程學院 土木與建筑工程學院，江西 南昌 330029； 2. 華東交通大學 鐵路環境振動與噪聲教育部工程研究中心，江西 南昌 330013)

為了研究橋上減振CRTS-Ⅲ型無砟軌道對車體系統和軌道系統振動影響，分析車輛的平穩性指標，基于車輛、軌道系統二維模型，利用動柔度法分別計算車輛、軌道系統的動柔度，建立頻率域的車輛-軌道-橋梁耦合模型；計算車輛及軌道系統的振動加速度并分析其規律，計算不同軌道系統下車輛的平順性指標。研究結果表明：與常規CRTS-Ⅲ型軌道相比，采用橡膠減振墊剛度為0.018 N/m3的減振軌道系統下峰值輪軌力減小，車輪、轉向架振動加速度分別降低13.6%和52.6%，車體在1~20 Hz范圍內振動變化不大；鋼軌、軌道板的振動加速度增大1.69和2.68倍，橋梁的振動加速度減少69.9%；車輛的平順性指標分別為2.70和2.61，車輛平穩性指標降低4%。與常規CRTS-Ⅲ型無砟軌道相比，減振CRTS-Ⅲ型無砟軌道下車輛系統各構件的振動加速度有不同程度的降低，軌道系統中，鋼軌和軌道的振動加速度增大，橋梁振動加速度降低。車輛的平穩性指標降低，乘客的舒適性有一定程度提高。

鐵路橋梁；減振CRTS-Ⅲ型軌道；振動；平順性

隨著我國高速鐵路的快速發展，無砟軌道技術已廣泛應用于我國的高速鐵路中。其中常用的CRTS-Ⅰ型和CRTS-Ⅱ型軌道系統是我國在充分吸收日本和德國技術的基礎上開發的，不具備完全自主知識產權。CRTS-Ⅲ型軌道系統是我國具有完全自主知識產權的無砟軌道系統，主要由鋼軌、扣件、混凝土軌道板、自密實混凝土、土工布、底座等結構部件組成，目前已廣泛應用于鄭徐、京沈、商合杭等16條高速鐵路，是我國高鐵“走出去”采用的主要軌道形式。與常規CRTS-Ⅲ型軌道系統相比，減振CRTS-Ⅲ型軌道系統是在自密實混凝土和底座板板間采用橡膠減振墊層隔離，具有隔振效果好，成本低等特點。我國最早在成灌快速鐵路開展了一系列關于減振墊的研究。趙才友等[1]對鋪設橡膠減振墊區段和未鋪設減振區段的路基段和橋梁段進行仿真計算和現場實測，結果表明采用減振墊能有效降低橋梁結構和地面的振動加速度，但軌道板和鋼軌的振動加速度有一定的增大。辛濤等[2]采用諧響應分析方法，探討減振墊設置在不同位置時對鋼軌、軌道板和路基導納的影響，采用車輛-軌道耦合方法，分析列車高速通過時軌道系統的動力影響。任娟娟等[3]以減振CRTS-Ⅲ型軌道為研究對象，建立二維軌道頻域分析模型研究其頻域內振動傳遞特性，分析隔振效率并提出合適的軌道結構參數。周毅[4]分析10~1 000 MPa/m范圍內不同減振墊剛度條件下鋼軌、軌道板、橋梁的加速度和位移，確定了扣件和減振墊層的合理剛度范圍。ZHAO等[5]針對成灌快速鐵路鋪設減振墊區段和未鋪設區段的列車車內振動、噪聲，軌道系統中的鋼軌、軌道板、橋梁振動以及空間結構噪聲開展系統對比測試研究，得到了很多重要結論。對于CRTS-Ⅱ型軌道系統，軌道板和橋梁之間用CA砂漿填充，而對于常規型CRTS-Ⅲ型軌道系統，軌道板和橋梁之間用自密實混凝土填充，其彈性模量較CA砂漿大很多，常規型CRTS-Ⅲ軌道系統彈性波反射系數較小，其下部結構振動問題比較突出。采用減振CRTS-Ⅲ型軌道系統的目的主要是通過在自密實混凝土和橋梁之間增設一個橡膠減振墊，降低軌道系統下部結構比如橋梁、地面等構件的振動，減少橋梁結構噪聲和地面振動對沿線居民的影響。大量的仿真及現場測試研究證明，采用減振墊能夠有效的降低橋梁結構振動。采用減振型軌道系統對下部結構有較多的研究，但針對車輛系統的振動影響研究不多，因此有必要進一步研究加設減振墊后車輛系統的動力性能。乘客的舒適性與車輛的振動直接相關，而評價舒適性的一個重要指標就是車輛的平穩性，減振CRTS-Ⅲ型軌道系統作為一種新型的軌道系統，研究在該系統上的車輛運行平穩性非常必要。對于車輛的平穩性，學者們開展了系列研究[6?10]，大都是根據我國現有規范進行平穩性評價。現有的研究重點關注車輛參數的改變對平穩性的影響，Ha等[11]提出一種使用磁流變(MR)流體阻尼器來提高鐵路車輛乘坐質量的半主動懸架系統，仿真結果表明，采用半主動控制MR阻尼器的鐵路車輛車身的乘坐質量是可行的。 Berta等[12]評估鐵路車輛懸架的彈性特性對車輛平穩性的影響。車身垂直剛度對車輛乘坐質量的影響，ZHOU等[13]建立包括車身柔性效應和所有垂直剛性模式的鐵路客車垂直模型，利用模型和協方差方法對車體平穩性進行研究。Jason等[14]通過采用惰性裝置的被動懸架來提高單級懸掛的雙軸軌道車輛的乘坐質量的可能性。本文以減振CRTS-Ⅲ型軌道系統為研究對象，以常規CRTS-Ⅲ型軌道系統為參照，基于車輛、軌道和橋梁二維模型，利用動柔度法分別計算車輛和軌道(包含橋梁)的動柔度，建立頻率域的車輛?軌道?橋梁耦合模型，計算車輪、轉向架、車體以及鋼軌、軌道板、橋梁的振動加速度并分析其規律。采用平穩性理論分析減振CRTS-Ⅲ型軌道系統下車輛的平 穩性。

1 軌道系統振動預測模型

以CRH3高速列車與客運專線高架箱梁為例，建立車輛?軌道?橋梁垂向耦合振動分析模型如圖1所示。車輛考慮為10自由度的多剛體系統，鋼軌、橋梁分別用無限長的Timoshenko梁和簡支的Euler梁模擬，扣件系統和橋梁支座采用線性彈性阻尼單元模擬，輪軌接觸關系采用線性化的Hertz彈性接觸理論。

圖1 車軌橋系統模型示意圖

單節車輛模型的振動微分方程為

鋼軌被視為無限長Timoshenko梁，其動柔度函數為

β(1,2)表示在鋼軌上2處施加單位諧荷載在1處引起的位移。一跨橋梁上有若干個軌道板，其動柔度可以表示為

其中：1為一塊軌道板的兩端自由Euler梁動柔度，可采用模態疊加法計算，其動柔度可表示為

其中：W為Euler梁的第階振型函數，則軌道板的運動方程可表示為

式中：W為簡支梁的第階振型函數；為簡支梁第階振型的固有頻域；為簡支梁的計算模態數；為激振的圓頻率。利用動柔度的定義和疊加原理，箱梁在頻域內的振動位移為

式中：F為第個橋梁支座施加到橋梁上x處的支座反力。綜合式(3)，(6)和(8)可以寫成矩陣形式

式中：[]主要由鋼軌、軌道板、橋梁結構的動柔度乘以復剛度形成；[]由待求解的鋼軌、軌道板、橋梁結構的位移組成；{}為荷載矩陣。

由于車輪模型軸距和定距的存在，不同輪軌接觸點之間的激勵出現時間滯后關系，圖1模型中4個輪軌接觸點的不平順可表示為

式中：假定1=0，則2=2l/，3=2l/，4=2(l+ l)/為車輪之間的時間差。其中，為車速，l和l分別為車輪軸距和定距之半。

假設時域的軌道不平順為()=()e，則可得

綜合前述分析，利用頻域輪軌相互作用模型并采用線性Hertz接觸彈簧將車輛和軌道橋梁子系統進行耦合。以不平順作為系統振動的激勵源，假定車輪與軌道橋梁的相對位置不變，不平順則以一定速度在車輪與鋼軌之間移動，以此形成相對位移激勵。則動態輪軌作用力可表示為

將求出的輪軌作用力代入式(2)和式(9)，即可求出車輛系統、軌道系統結構頻率域動力響應。

2 工程概況

2.1 軌道結構參數

選取高速鐵路32 m雙線預應力混凝土簡支箱梁，橋梁標準跨徑32 m，計算跨徑31.5 m，橋梁中心線處梁高3.05 m，梁底寬5.5 m梁頂寬13.4 m。箱梁、軌道板采用C50混凝土。分別采用常規CRTS- Ⅲ型板式無砟軌道和減振CRTS-Ⅲ型板式無砟軌道模擬，其中常規CRTS-Ⅲ型板式無砟軌道系統從上往下結構依次為鋼軌、軌道板、自密實混凝土、土工布、底座板和橋梁，而減振型CRTS-Ⅲ型板式無砟軌道系統從上往下依次為鋼軌、軌道板、自密實混凝土、橡膠減振墊、底座板和橋梁，即采用在自密實混凝土和底座板之間增加一層橡膠減振墊。鋼軌采用60 kg/m類型，扣件采用WJ-8型扣件系統。車輛以和諧號CRH3型動車為例，其參數如表1所示。軌道橋梁的結構參數如表2所示[15]。

2.2 車輪軌道不平順

ISO3095：2005提供了具有較好平順性的車輪軌道不平順譜，其不平順幅值主要與波長有關，用式(13)表示為[16]：

表1 CRH3型動車的計算參數

表2 軌道橋梁的計算參數

3 車輛軌道系統振動分析

3.1 輪軌力分析

輪軌力的大小和峰值頻率對車輛系統和軌道系統的響應有直接關聯，因此首先需分析研究頻域輪軌力。利用上述公式采用MATALB編輯程序，其中車輛的運行速度為200 km/h，計算頻域輪軌力。圖2為常規型、減振型軌道系統下車輪1和車輪2的頻域輪軌力曲線，其中輪1指遠離跨中的車輪，輪2指靠近跨中的車輪。從圖2可以看出，常規型軌道系統下車輪1和2的峰值頻率分別為40 Hz和44 Hz，而減振型軌道系統的峰值頻率分別為72 Hz和65 Hz。產生這一現象的原因是車輛?鋼軌?軌道板?橋梁系統可以被假定為一個簡單的質量?彈簧系統，輪軌力峰值頻率對應系統共振頻率。改變軌道系統的結構參數，也相應地改變了系統的共振頻率，進而導致輪軌力的峰值頻率發生偏移。在同一軌道系統條件下，車輪1和車輪2的輪軌力峰值差別不大。而在不同軌道系統下的輪軌力，減振型軌道系統較常規型CRTS-軌道系統輪軌力峰值分別降低23%和25%，采用減振墊后輪軌力有所降低。

圖2 頻域輪軌力

3.2 軌道系統振動分析

選取鋼軌、軌道板以及橋梁3個垂向振動加速度動力學指標進行分析。振動點選取三者跨中對應部位，計算結果見圖3~5及表3所示。

1) 圖3為常規型、減振型軌道系統條件下鋼軌的頻率?加速度曲線。從圖中可以看出，常規型軌道系統條件下的峰值頻率主要在44 Hz和85 Hz，而減振型軌道系統條件下鋼軌的最大峰值頻率為65 Hz，常規型軌道系統下45 Hz和減振型軌道系統下65Hz位置處的峰值由于輪軌力峰值頻率導致。常規軌道系統加設減振墊后會削弱44 Hz和80 Hz位置處的加速度峰值，而在輪軌力峰值頻率位置其加速度迅速變大，其加速度峰值約為常規型加速度峰值的1.69倍；

2) 軌道板的垂向振動加速度與鋼軌具有相似的規律，常規型下軌道板在44 Hz和85 Hz位置處的峰值比較明顯，減振型軌道板的振動加速度在65 Hz位置最大，在44 Hz和85 Hz位置處其加速度峰值有一定的削弱，減振型軌道板其最大加速度峰值為常規型軌道板的2.68倍，減振型的軌道板垂向振動加速度大大高于常規型的軌道板；

3) 由于常規型的混凝土與底座之間采用土工布隔離，而減振型是在自密實混凝土與底座之間采用橡膠墊隔離，橡膠具有較好隔離振動能量傳遞的特性。從圖8可以看出，減振型軌道系統下橋梁在44 Hz和85 Hz位置處的加速度削減明顯，但是在65Hz位置其加速度并沒有放大，減振墊將65 Hz的輪軌力過濾，有效隔離了振動能量向橋梁構件傳遞。采用減振型軌道系統的橋梁的振動加速度峰值較常規型軌道系統條件下橋梁加速度峰值降低69.9%，加速度平均值降低60.4%，這與文獻[1]中實測的橋面振動加速度平均值降低63.6%相近似。

圖3 鋼軌垂向振動加速度

圖4 軌道板垂向振動加速度

圖5 橋梁垂向振動加速度

3.3 車輛系統振動分析

選取車輪、轉向架、車體3個垂向振動加速度動力學指標進行分析。其中車輪取靠近跨中的車輪，計算結果見圖6~8及表3所示。

1) 由于車輪直接承受輪軌力的作用，其加速度峰值頻率與輪軌力峰值頻率吻合較好，在43 Hz和65 Hz附近存在最大加速度。常規型軌道系統下輪軌力較減振型軌道系統下輪軌力更大，其對應的車輪加速度峰值分別為5.01 m/s2和4.32 m/s2，減振型軌道系統下車輪振動加速度降低13.6%。

2) 采用減振型軌道系統導致轉向架峰值頻率向高頻方向偏移，其最大峰值頻率由45 Hz偏移至65 Hz。常規型、減振型軌道條件下的轉向架垂向加速度峰值分別為1.14 m/s2和0.54 m/s2，轉向架垂向加速度降低52.6%，采用減振型軌道板能有效的降低轉向架的垂向加速度。相對于車輪的加速度降低值，轉向架的降低值遠大于車輪，這是由于一系彈簧的隔離作用導致的。

3) 車體垂向加速度大小和對應的峰值頻率直接關系到乘客的舒適性，從圖8可以看出，常規型軌道板條件下的峰值頻率主要集中在20 Hz和45 Hz，減振型軌道系統下軌道板的峰值頻率在23 Hz，峰值頻率向高頻方向有輕微偏移。由于車體一系和二系彈簧的過濾作用，導致常規型軌道系統條件下車體在20 Hz和45 Hz其加速度峰值大小幾乎相當，而減振型軌道系統條件下車體在23 Hz頻率附近具有最大的加速度。

圖6 車輪垂向振動加速度

圖7 轉向架垂向振動加速度

表3 不同軌道系統最大加速度

4 車輛平穩性評價

圖8為1~100 Hz頻域范圍內車體加速度曲線，反映車體的加速度的瞬時幅值和頻率關系，但是不能直接反映車體平穩性，因此有必要對車輛的平穩性進行研究。列車系統的平順性指標是反映車體的振動性能和乘坐舒適性的綜合指標。現有評價車輛平穩性的規范主要是《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范》(GB5599-85)，由于本文只計算豎向振動，因此只對豎向平穩性進行評價，根據規范，客車運行平穩性指標按以下公式計算。

其中：為振動加速度；()為與振動頻率相關的修正系數，其取值與頻率范圍有關如表4所示。

圖8 車體垂向振動加速度

Fig. 8 Vertical vibration acceleration of vehicle body

表4 頻率修正系數

平穩性指標適用于單一頻率的等幅振動，而實際上車輛的振動幅值大小不一，車體的振動需要按頻率分組，統計出每個頻率中不同加速度的平穩性指標中。因此，總平穩性性指標采用下式計算[17]，即

其中：1，2，…W為按頻率分解進行頻譜分析，根據每段頻率范圍內的加速度幅值計算得到的各自平穩性指標，經過頻率加權得到車輛平穩性指標。根據計算得到的平穩性指標，采用表5對車輛的平穩性等級進行評判。

表5 平穩性評定

根據圖8中得到的車輛振動加速度頻率曲線，利用式(14)~(15)分別計算得到常規型和減振型軌道系統下車輛的平穩性值分別為2.70和2.61，根據表5的數值進行平穩性評定，2種軌道系統條件下車輛的平穩性為良好。減振軌道系統條件下的平穩性指標較常規型的平穩性指標降低4%，這與文獻[5]中實測的豎向平穩性指標降低6%近似吻合，表明采用減振型軌道系統平穩性略有提高，乘客的舒適性也略有提高。結合圖8分析，2種不同軌道系統條件下，車輛在1~20 Hz范圍內振動加速度幅值變化不大，而在30~50 Hz范圍內具有較大不同。從表4計算公式可以看出，頻率修正系數隨頻率呈現先增大后減小的趨勢，在5.9 Hz處頻率修正系數最大，最大值達到11.31(11.49)，而在20 Hz其頻率修正系數迅速的降低為1，表明平穩性指標受車輛前20 Hz頻率范圍的振動幅值影響最大。從圖8可以看出，在20 Hz范圍內，不同軌道系統的車輛振動幅值變化不大，這也導致車輛的頻平穩性變化較小，其值僅僅降低了4%，因此，在改變軌道系統對人的舒適度方面略有提高。

5 結論

1) 采用橡膠減振墊剛度為0.018 N/m3的減振軌道系統，鋼軌和軌道板的振動加速度峰值增大2.6和1.3倍，橋梁的振動峰值加速度降低69.9%。采用減振軌道系統增大了減振墊上層的鋼軌和軌道板的振動加速度，降低了減振墊下層的橋梁的振動加速度。

2) 采用橡膠減振墊剛度為0.018 N/m3的減振軌道系統，車輪和轉向架的振動加速度峰值較常規型分別降低13.6%和52.6%。車體在1~20 Hz范圍內振動加速度幅值變化不大，35~50 Hz范圍內降低明顯。

3) 2種軌道系統條件下的車輛豎向平穩性指標分別為2.70和2.61。減振型軌道系統條件下的豎向平穩性指標較常規型的平穩性指標降低4%，乘客的舒適性略有提高。

本文仿真模型僅僅考慮豎向振動，未考慮車輛的橫向振動，因此不能對車輛橫向的平穩性進行分析。由于乘客的舒適性不光取決于豎向振動，橫向振動也是一個重要的評價指標。下一步將進一步完善車輛軌道耦合模型，使減振CRTIS-Ⅲ軌道系統下車體的平穩性得到更準確的判斷。

[1] 趙才友, 王平. 橋上無作軌道橡膠減振墊減振性能試驗研究[J]. 中國鐵道科學, 2013, 34(4): 8?13. ZHAO Caiyou, WANG Ping. Experimental study on the vibration damping rubber absorbers for ballastless tracks performance of on viaduct[J]. China Railway Science, 2013, 34(4): 8?13.

[2] 辛濤, 張琦, 高亮, 等. 高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無砟軌道減振墊層動力影響及結構優化[J]. 中國鐵道科學, 2016, 37(5): 1?7. XIN Tao, ZHANG Qi, GAO Liang, et al. Dynamic effects and structure optimization of damping layers of CRTS Ⅲ slab ballastless track for high speed railway[J]. China Railway Science, 2016, 37(5): 1?7.

[3] 任娟娟, 趙華衛, 李瀟, 等. 減振CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結構諧響應分析[J]. 鐵道工程學報, 2016, 210(3): 44?50. REN Juanjuan, ZHAO Huawei, LI Xiao, et al. Analysis of harmonic response of CRTS III prefabricated slab track with anti-vibration structure[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2016, 210(3): 44?50.

[4] 周毅. CRTS Ⅲ型板式軌道減振特性研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2011. ZHOU Yi. Research on vibration-reduction performance of CRTSⅢ slab ballastless track[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2011.

[5] ZHAO Caiyou, WANG Ping. Effect of elastic rubber mats on the reduction of vibration and noise in high-speed elevated railway systems[J]. Proc ImechE Part F: J Rail and Rapid Transit, 2018, 32(1): 1?15.

[6] 劉宏友, 曾京. 列車系統運行平穩性研究[J]. 中國鐵道科學, 20 04, 25(5): 22?27. LIU Hongyou, ZENG Jing. Study on ride comfort of train system[J]. China Railway Science, 2004, 25(5): 22?27.

[7] 向俊, 曾慶元. 京通線煙囪溝橋上列車走行安全性、舒適性及平穩性分析[J]. 土木工程學報, 2005(7): 65?70.XIANG Jun, ZENG Qingyuan. Safety, comfort and smoothness analyses of trains running on The Yanconggou Bridge in the Jingtiong rail road[J]. China Civil Engineering Journal, 2005(7): 65?70.

[8] 羅仁, 曾京, 戴煥云. 列車系統建模及運行平穩性分析[J]. 中國鐵道科學, 2006, 27(1): 72?77. LUO Ren, ZENG Jing, DAI Huanyun. Modeling and ride quality analysis of railway train system[J]. China Railway Science, 2006, 27(1): 72?77.

[9] 張小華, 孫德華, 張晚晴, 等. QY-2型減振扣件對列車運行平穩性影響的測試與分析[J]. 噪聲與振動控制, 2017, 37(1): 86?88. ZHANG Xiaohua, SUN Dehua, ZHANG Wanqing, et al. Measurement and analysis of the influence of QY-2 damper fastener on train running stability[J]. Noise and Vibration Control, 2017, 37(1): 86?88.

[10] 馬思群, 王猛, 王曉杰, 等. 高速列車平穩性與乘坐舒適度測試及評價[J]. 大連交通大學學報, 2015, 36(增1): 66?68. MA Siqun, WANG Meng, WANG Xiaojie, et al. Evaluation and measurement of high speed train by ride comfort and ride index[J]. Journal of Dalian Jiaotong University, 2015, 36(Suppl 1): 66?68.

[11] Ha Sung Hoon, Choi J Seung-Bok, Lee Kyu-Seob, et al. Ride quality evaluation of railway vehicle suspension system featured by magnetorheological fluid damper[J]. Advanced Science Letters, 2012, 12(1): 209?213.

[12] Berta Suarez, Jose Manuel Mera,Maria Luisa Martinez, et al. Assessment of the influence of the elastic properties of rail vehicle suspensions on safety, ride quality and track fatigue[J]. Vehicle System Dynamics, 2013, 51(2): 280?300.

[13] ZHOU J, Goodall R, REN L, et al. Influences of car body vertical flexibility on ride quality of passenger railway vehicles[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2014, 223(5): 461?471.

[14] Jason Zheng Jiang, Alejandra Z, Matamoros Sanchez, et al. Passive suspensions for ride quality improvement of two-axle railway vehicles[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2013, 229(3): 315?329.

[15] 石廣田, 楊建近, 楊新文, 等. 基于動柔度法的車-線-橋垂向耦合振動分析[J]. 中南大學學報(自然科學版), 2017, 48(4): 1119?1126. SHI Guantian, YANG Jianjin, YANG Xinwen, et al. Vertical vehicle-track-bridge coupling vibration based on dynamic flexibility method[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2017, 48(4): 1119? 1126.

[16] ZHANG Xun, LI Xiaozhen, HAO Hong, et al. A case study of interior low-frequency noise from box-shaped bridge girders induced by running trains: Its mechanism, prediction and countermeasures[J]. Journal of Sound and Vibration, 2016, 367: 129?144.

[17] 雷曉燕. 高速鐵路軌道動力學?模型、算法與應用[M].北京: 科學出版社, 2015: 229. LEI Xiaoyan. High speed railway track dynamics: model, algorithm and application[M]. Beijing: Sicence Press, 2015: 229.

Vibration and ride quality analysis of CRTS-III ballastless track with anti-vibration structure on railway bridge

SONG Rui1, 2, LIU Linya2, XU Bing1, ZENG Kaihua1

(1. College of Civil Engineering and Architecture, Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330029, China; 2. Engineering Research Center of Railway Environment Vibration and Noise Ministry of Education, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China)

In order to study the vibration effect of the vibration attenuation CRTS- III ballastless track system on the car body system and the track system, and to analyze the vehicle stability index, based on the two dimensional model of vehicle and track system, the dynamic flexibility of vehicle and track system was calculated by the dynamic flexibility method, and the vehicle and track coupling model of the frequency domain was established, and the vehicle and the rail were calculated. Vibration acceleration of the track system was analyzed, and its ride quality was calculated. The results show that compared with the conventional CRTS-III type track, the peak wheel-rail force of the damping rail system with the vibration-absorbing pad stiffness of 0.018 N/m3is reduced, and the vibration acceleration of the wheel and bogie is reduced by 13.6% and 52.6% respectively. The vibration of the car body in the 1~20 Hz range is not significant; the vibration acceleration of rails and track plates increases by 1.69 and 2.68 times, the vibration acceleration of the bridge decreases by 69.9%; the ride comfort indexes of vehicles are 2.70 and 2.61, respectively. The stability index decreases by 4%. Comparing with the conventional CRTS-III ballastless track system, the vibration acceleration of each subsystem of the vehicle is reduced in varying degrees under the condition of vibration damping CRTS-III ballastless track system. Vibration acceleration of rail and track increases and the vibration acceleration of the bridge decreases. The ride quality index of vehicles is reduced, and the comfort of passengers is improved to a certain extent.

railway bridge; vibration attenuation CRTS- III type track system; vibration; ride quality

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.04.001

U213.2+44

A

1672 ? 7029(2019)04 ? 0835 ? 08

2018?05?16

江西省教育廳科技項目(GJJ170984)；國家自然科學基金資助項目(51578238，51569016，51769016)

劉林芽(1973?)，男，江西樟樹人，教授，博士，從事鐵路環境振動與噪聲研究；E?mail：lly1949@163.com

(編輯 陽麗霞)