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隔离式橡胶浮置板减振性能分析

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2013年2月  第2期(总173)铁道工 程学报 Feb 2O13 JOURNAL OF RAILWAY ENGINEE:RING SOCIETY NO.2(Ser.173) 文章编号:1006~2106(2013)02—0034—05 隔离式橡胶浮置板减振性能分析 曹宇泽 田苗盛杨其振 (铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津300251) 摘要:研究目的:隔离式橡胶浮置板轨道结构的基本组成是弹性元件支承的混凝土板轨道对该种浮置板进行 力学性能研究,分析其固有频率、动荷载下力学响应以及减振性能,并对整体道床合理厚度进行探讨为轨道 ,,设计提供借鉴。 研究结论:研究结果表明:轨道系统的自振频率随着整体道床厚度的增大而降低,变化率随着道床厚度增 加而减小;隔离式橡胶浮置板轨道基底加速度插入损失随着道床厚度增大而增大变化率随着道床厚度增加 而减小;当整体道床厚度取0.4m时对应动力性能、减振效果和道床混凝土用量较为经济合理;从现阶段理论 ,分析及线上检测可知,隔离式橡胶浮置板系统减振效果明显,施工及检修方案较为系统。 关键词:浮置板;ml振;有限元;轨道动力学 中图分类号:U231 文献标识码:A Analysis of Damping Performance of Isolated Rubber Floating Slab CAO Yu—ze,TIAN Miao— sheng,YANG Qi—zhen (The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 30025 1.China) Abstract:Research purposes:The basic component of the track structure with isolated rubber floating slab is the eonerete slab track born by the elastic element.The research was done on the mechanical pr0perties 0f the floating slab, the analysis was made for the natural frequenciesmechanical response under dynamic load and damping perf0mlance,, and the discussion was made on the reasonable thickness of the ballastless track to provide the reference to the track design. Research conclusions:The research results show that the natural frequency 0f the track svstem decreases with the increase of the thickness of the ballastless trackand the rate of change decreases with increase of the track thickness,. The acceleration insertion loss of the track basis increases with the increase of the thickness 0f the ballastless track.. and the rate of change decreases with increase of the track thicknessWhen the thickness of the ballastless track I.eaches at 0.4m,the corresponding dynamic performancethe damping performance effect and the c0nerete amount of track bed ,are rather economica1.From the present theoretical analysis and online testingit can be seen the damping peIf0nnance ,effect of the isolated rubber floating slab system is obviousand its constnctir0n and maintenance programs are , systematic. Key words:floating slab;damping;finite element;track dynamics 以地铁为主的城市轨道交通是~种快捷、环保、舒 适的大运量交通运输方式,但是随轨道交通而来的振 动和噪声不仅影响周围环境,还直接影响到人们的生 活和健康。因此,能否将振动和噪声控制在合理范围 内,具有非常重要的科研价值和现实意义。 浮置板轨道结构由于其固有频率低,是一种比较 收稿Et期:2012—07—02 作者简介:曹字泽,1986年出生,男,助理工程师。 第2期 曹宇泽 田苗盛杨其振:隔离式橡胶浮置板减振性能分析 37 出随着道床厚度的增加,自振频率变化幅度逐渐变小。 80 6O 4O 20 簧0 景一20 40 6O 80 —-0.5 0.0 0.5 1.O 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 时间/s 图6轨道振动五阶振型 表2整体道床厚度变化对固有频率的影响 图8典型加速度时域曲线 阶次 固有频- ̄/Hz 说明 O.5 0.0 250 ml/l 350 mlTl 40O mm 450 n'ln'l 550 i/llrl 4 5 25.5 22.7 21.6 20.7 19.2 道床绕横向 中心转动 =一0.5 1.0 1.5 2.O 2.5 一25.6 22.7 21.7 20.7 19.2 道床垂向位移 臀一毯需  一2 一 4  一6 0 O O ∞ 0.O 0.5 1.O 1.5 2.0 2.5 3.0 ∞ 3.5 ∞ -24 时间/s 廷 桨 增 捌 O 得 22 蠼 皿 图9典型动位移时域曲线 20 道床厚度,m 图7不同道床厚度对应自振频率与每延米混凝土体积 3.3系统动力学分析 经过轮轨耦合动力分析提取加速度、动位移、动应 力时域曲线,如图8~图10所示。经过与不设减振垫 的工况比较,计算得出基底加速度的插入损失,然后将 -8 000 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 时间/s 得出的结果汇总于表3和表4中。不同道床厚度对应 插入损失与每延米混凝土体积如图1 1所示。 项 目 0.25 0.35 图1O典型动应力时域曲线 表3整体道床厚度变化对振动响应的影响 整体道床厚度/m 0.40 0.45 0.55 不设减振垫 扣件节点压力/kN 钢轨垂向加速度/g 整体道床垂向加速度 基底垂向加速度/g 隧道垂向加速度 钢轨垂向动位移/ram 41.817 67.4 3.98 0.029 0.574 1.85 42.417 67.7 2.94 0.020 5 0.440 1.80 43.133 67.5 2.67 0.017 3 O.415 1.79 42.586 67.9 2.43 0.016 0.403 1.77 42.592 68.2 2.26 0.013 6 0.385 1.75 39.084 61.6 0.667 0.483 18.1 1.15 38 铁道工程学报 续表3整体道床厚度变化对振动响应的影响 项 目 0.25 0.35 整体道床厚度/m 0.40 0.45 0.55 不设减振垫 0.727 0.534e一3 道床垂向动位移/ram 基底垂向动位移/ram 0.894 0.683e一3 0.787 0.584e一3 0.739 0.545e一3 0.722 O.5l3e一3 5.18e一3 2.64e一3 隧道垂向动位移/ram 1.428e一6 1.670e一6 减振垫最大动应力/kPa 22.928 20.132 基底振动加速度级/dB 1O9.25 106.24 表4整体道床厚度变化对插入损失的影响 廷 坩 道床厚度/m 图l1 不同道床厚度对应插入损失与每延米混凝土体积 由表4中数据可看出,设置减振垫后扣件节点压 力、减振垫以上部分的加速度与动位移略有增大,而减 振垫以下部分的加速度与动位移均大幅度减小。横向 比较不同道床厚度来看,随着厚度增大,除钢轨垂向加 速度、隧道垂向动位移有所增加外,其余加速度、动位 移指标均有所减小。 由表4和图11来看,随着道床厚度和每延米混凝 土用量加大,基底的插入损失有一定程度的增大,但每 一级增大的幅度逐渐减小。 4 结论 隔离式橡胶浮置板轨道结构在振动源和基础之间 由刚性接触变为弹性接触,达到减振的效果。经对隔 离式橡胶浮置板在选定一定参数的条件下,建立不同 道床厚度车辆一轨道一隧道结构有限元动力学分析表 明: (1)轨道系统的自振频率随着整体道床厚度的增 大而降低,主要振型介于19.2~25.6 Hz之间,变化率 随着道床厚度增加而减小; (2)隔离式橡胶浮置板轨道的基底加速度插入损 失随着道床厚度增大而增大,插入损失介于24.43— 31.0l dB,变化率随着轨道厚度增加而减小; 1.786e一6 1.840e一6 1.901e一6 3.97e一6 l9.154 18.801 18.133 104.76 104.08 102.67 133.68 (3)当整体道床厚度取O.4 m时对应动力性能、 减振效果和道床混凝土用量较为经济合理,但是考虑 到增大道床厚度可能使得需要增大隧道结构的高度。 因此,应该针对实际具体工程和地段要求达到的减振 效果来分析,选取适合具体工程经济合理的整体道床 断面。 在本次设计研究过程中除对浮置板系统力学性能 分析外,还对橡胶垫材料的选择、橡胶垫形式、整体道 床排水、整体道床施工和维修方法做出了细致的分析 与研究。从现阶段理论分析及在线检测可知,隔离式 橡胶浮置板轨道系统减振效果明显,施工及检修方案 较为系统,可逐步在工程中推广应用。 参考文献: [1]GB 50157--2003,地铁设计规范[S]. GB 50157--2003,Code for Design of Subway[S]. [2] GB 50490--2009,城市轨道交通技术规范[S]. GB 50490--2009,Technical Code of Urban Rail Transit [S]. [3]翟婉明.车辆一轨道耦合动力学研究的新进展[J].中国 铁道科学,2002(2):1—11. Zhai Wanming.New Advance in Vehicle—track Coupling Dynamics[J].China Railway Science,2002 (2):1—11. [4]翟婉明.车辆一轨道耦合动力学[M].北京:科学 版 社,2007. Zhai Wanming.Vehicle—track Coupling Dynamics [M].BeUing:Science Press,2007. [5] 于春华.轨道论文集[M].沈阳:沈阳出版社,2007. Yu Chunhua. Selected Papers of Track[M]. Shenyang:Shenyang Press,2007. [6] 徐志强,姚京川,杨宜谦,等.橡胶支承浮置板式轨道结 构动力计算分析[J].铁道标准设计,2003(8):1l一13. Xu Zhiqiang,Yao Jingchuan,Yang Yiqian,etc.An Analysis of Dynamic Computation for Rubber Bearing Floating Slab Track Structure[J].Railway Standard Design,2003(8):11—13. [7] 练松良,刘加华.城市轨道交通减振降噪型轨道结构的选 择[J].城市轨道交通研究,2003(3):35—41. (下转第75页) 第2期 杨文辉蒋良文刘伟等:东川铁路岔河偏压一滑坡隧道勘察治理 75 6.2隧洞内整治工程 The First Railway Survey and Design Institute.Railway 进口~+80 m段,衬砌结构总体尚好,衬砌拱部 采用钢筋网喷混凝土加固,边墙不做处理。 Engineering Geology Handbook(Revised Edition) [K].Beijing:China Railway Publishing House,2007. [2]TB 10003--2005,铁路隧道设计规范[S]. TB 10003--2005,Code for Design on Tunnel of Railway +8O m~出口段,衬砌结构破损严重,拆除重做。 对隧道线路进行破底清筛及修整。 [S]. [3] 高世军,张学民.地形与地质构造偏压隧道结构受力分析 7 结论 (1)岔河隧道病害,是由地形偏压和地质构造(顺 层、正断层)偏压复合作用造成并发展为滑坡隧道的 典型案例,滑坡变形破坏的地质力学模型为蠕滑一拉 裂型,属深层大型推动式滑坡,隧道变形破坏的地质力 学模型为抗滑一剪切型。 (2)地形、坡体特殊的地质结构构造、各岩土层的 工程、水文地质特性,决定坡体容易形成偏压,沿层面 和高角度断层面形成软弱滑动面(带),是滑坡形成的 内因。 [J].中外公路,2009(10):204—207. Gao Shijun,Zhang Xuemin.Structure Stress Analysis on the Unsymmetrcial Pressure Tunnel of Topographic and Geological Structure[J].Journal of China and Foreign Highway,2009(10):204—207. [4]TB 10027--2001,铁路工程不良地质勘察规程[S]. TB 10027--2001,Code for Unfavorable Geological Condition Investigation of Railway Engineering[S]. [5] 张倬元,等.工程地质分析原理(第3版)[M].北京:地 质出版社,2009. Zhang Zhuoyuan,etc.Principle of Engineering Geology (3)大白河侧蚀作用,降雨及坡面径流下渗,特别 是构造运动及地震作用引发的F 高角度正断层上盘 的间歇性下降运动,是滑坡发生发展重要的外在触发 原因。 Analysis(Third Edition)[M].Beijing:Geological ublPishing House,2009. [6] 陶志平,周德培.蠕动型滑坡隧道的变形规律及灾害预测 [J].西南交通大学学报,2007(4):163—168. Tao Zhiping,Zhou Depei.Deformation Law and (4)受内因和外因的控制,进口~+80 m段处于 蠕滑阶段,+80 m一出口段处于蠕滑~滑动过渡阶段, Disaster Prediction of Tunnel in Creep Landslide f J I. 分段采取治理措施经济合理。 (5)滑坡体综合整治工程措施、隧洞内整治工程 措施分阶段分步骤实施,滑体逐步稳定,隧道内变形破 坏逐步收敛,施工交验投入运营多年,翻新和修整的隧 道衬砌完好无损,综合整治达到预期目的。 Journal of Southwest Jiaotong University,2007(4): 163—168. [7] 王崇讯.隧道口滑坡的影响因素和处理措施浅析[J].铁 道工程学报,2008(3):51—53. Wang Chongxun.Analyses of Influencing Factors of Landslide at Tunnel Portal and Its Treatment Measures 参考文献: [1] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册(修订版) [K].北京:中国铁道出版社,2007. [J].Journal ofRailway Engineering Society,2008(3): 51—53. (编辑赵立兰) (上接第38页) Lian Songling,Liu Jiahua.The Selaection of Low Liu Daotong.Construction Technique of Steel Spring Vibration and Noise Track Structure for Urban Rail Trnsait[J].Urban Mass Transit,2003(3):35—41. Floating Slab Track[J]. Journal of Railway Engineering Society,2007(6):31—34. [8]杨宜谦,王澜,孙宁.城市轨道交通中浮置板式轨道结构 的设计[J].工程建设与设计,2005(4):13—15. Yang Yiqian,Wang Lan,Sun Ning.The Design of [10]于春华.对GB50157--2003《地铁设计规范》部分条文的 探讨[J].铁道工程学报,2005(2):9—11. Yu Chunhua.Discussion about Some Items of Code for Floating Slabs in Urban Rail Transit Systems[J].Construction&Design for Project,2005(4):13—15. the Design of Metro(GB 50157—2003)[J].Journal of Railway Engineering Society,2005(2):9—11. [9 通・钢弹簧浮置板轨道施工[ ]・铁道工程学报,2o07 (6):31—34. (编辑、一。。 曹淑荣) 一一 一 

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