高速铁路橡胶浮置板轨道减振研究

摘要

随着我国高速铁路和城市轨道交通的迅速发展，振动噪声问题日益突出。当列车经过时，振动经轨道结构传至下部基础，再由下部基础向周围环境传递，引起周围环境的振动，在敏感地区振动还会影响居民工作和生活。城市轨道交通方面，为解决列车引起的环境振动问题，已经设计了浮置板轨道并起到了一定的减振效果。在高速铁路方面，我国也逐渐尝试浮置板轨道的应用，但是，对浮置板在高速铁路应用后的安全性、减振效果等的研究尚不充分。
　　本文针对高速铁路铺设橡胶浮置板的适用性问题，通过建立高速列车—浮置板轨道—基础动力学分析模型，从轨道结构参数、振动响应分布特征等方面进行了较为系统的研究，可为高速铁路浮置板减振研究提供借鉴。主要有以下几个方面:
　　1、基于有限元方法，建立了浮置板轨道—基础有限元模型，将钢轨简化为梁单元，扣件简化为弹簧阻尼单元，轨道板、自密实混凝土、橡胶减振垫、底座板和基础采用实体单元模拟。基于多体动力学理论，建立了高速列车模型，并通过车轨耦合方法将列车和浮置板轨道—基础有限元模型耦合。
　　2、利用建立的高速列车—浮置板轨道—基础耦合动力分析模型，重点对减振垫铺设型式、减振垫刚度、轨道板厚度、轨道板长度等进行了系统的参数分析。
　　根据谐响应和车轨耦合分析结果，从钢轨、轨道板到底座板和下部基础，振动逐步衰减。相较于轨道板长度、厚度，减振垫铺设型式、减振垫刚度的影响程度更大，二者结果具有良好的一致性。对于路基上浮置板轨道，减振垫面积的减小、刚度的降低，使得系统自振频率会逐渐降低，可显著地降低路基的高频振动。同时，也会造成钢轨变形显著增大，加剧轮轨的力作用，可能带来行车安全方面的不利影响。因此，考虑到行车安全性，减振垫刚度不宜过小。
　　3、利用所建立的高速列车—浮置板轨道—基础耦合动力分析模型，通过不同位置动力响应的统计分析，对轨道和路基振动的垂向分布特征和水平分布特征进行了研究。
　　振动垂向分布特征:浮置板轨道从自密实混凝土到底座板，加速度值急剧减小，普通轨道自密实混凝土和底座板加速度值相差不大。不同位置路基由浅到深，加速度缓慢减小。路基断面分布在轨道位置下方加速度较大，两侧加速度值较小。减振垫以上结构的加速度值离散性较大，减振垫以下结构加速度值较为一致。
　　振动水平分布特征:与普通轨道相比，由于铺设减振垫，轨道板的振动整体增大。浮置板减振轨道轨道板加速度最大值不一定扣件位置，也可能出现在板端位置。路基顶面加速度最大值一般出现在底座板两端位置。减振轨道路基顶面加速度分布界限不如普通轨道明显，路基顶面加速度变化较小。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 橡胶浮置板轨道研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 现有研究存在问题

1．3 研究内容及研究思路

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究思路

2 高速列车—浮置板轨道—基础动力分析模型

2．1 高速铁路列车模型

2．2 浮置板轨道—基础有限元模型

2．3 轮轨接触模型和轨道不平顺

2．3．1 轮轨接触模型

2．3．2 轨道不平顺

2．4 小结

3 高速列车—浮置板轨道—基础动力特性研究

3．1 分析方法

3．1．1 谐响应分析方法

3．1．2 车轨耦合分析方法

3．2 系统动力评价指标

3．2．1 车辆和轨道动力评价指标

3．2．2 振动响应评价指标

3．3 系统动力特性分析

3．3．1 谐响应分析

3．3．2 车轨耦合分析

3．4 小结

4 高速铁路浮置板轨道结构参数研究

4．1 减振垫铺设型式影响分析

4．1．1 轨道结构振动传递特性影响分析

4．1．2 行车作用下结构动力影响分析

4．2 减振垫铺设刚度影响分析

4．2．1 轨道结构振动传递特性影响分析

4．2．2 行车作用下结构动力影响分析

4．3 轨道板厚度影响分析

4．3．1 轨道结构振动传递特性影响分析

4．3．2 行车作用下结构动力影响分析

4．4 轨道板长度影响分析

4．4．1 轨道结构振动传递特性影响分析

4．4．2 行车作用下结构动力影响分析

4．5 小结

5 高速铁路浮置板轨道振动分布特征研究

5．1 统计方法在铁路振动应用

5．2 振动响应垂向分布特征

5．2．1 普通轨道振动垂向分布研究

5．2．2 减振轨道振动垂向分布研究

5．3 振动响应水平分布特征

5．3．1 普通轨道振动水平分布研究

5．3．2 减振轨道振动水平分布研究

5．4 小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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