采用梯式轨枕轨道的城市轨道交通车桥动力响应分析及减振研究

摘要

近年来，轨道交通的迅速起步和发展给人们带来了出行的便捷，同时也引发了一些新问题。随着轨道交通的大面积运营，线路频繁经过居民密集区，不可避免地会对周围环境产生多方面的影响，其中振动和噪声问题是与人们的生活和工作息息相关的。
　　梯式轨枕轨道是第二代板式轨道，被称为“低噪音、低振动的轨道结构”，它具有既能够发挥轨枕本来的特性，大幅度提高荷载的分散能力，又可补充钢轨本身的刚性和质量的性能特点，是一种既能实现提高弯曲刚度和剪切刚度，又能实现最适宜质量的系统，可以说是一种较理想的减振轨道。
　　本文通过理论分析、数值模拟和实验的方法对梯式轨枕轨道的振动特性和减振效果进行了研究，主要研究内容和成果如下:
　　1、总结了城市轨道交通的发展趋势及研究现状，以及城市轨道交通高架桥引起的环境振动问题及控制措施。对国内外学者在该领域的主要研究内容、研究方法以及研究成果进行了综述。
　　2、采用有限元分析的方法，对梯式轨枕轨道进行了动力特性研究。通过改变梯式轨枕轨道的参数，分析了不同单元轨枕长度、减振垫刚度、减振垫支撑间距、扣件刚度等条件下，梯式轨枕轨道频率和振型的变化;在实验室进行了梯式轨枕单元拟动力加载实验和锤击实验，并对实测结果进行了分析。
　　3、对北京地铁五号线高架桥梯式轨枕轨道试验段进行了轨道不平顺测量，通过分析得到了轨道不平顺功率谱。同时，对其进行了拟合，并对现有的经验公式进行了修正，得到了城市轨道交通高架桥的轨道不平顺经验公式，可为将来的动力分析提供参考。
　　4、对北京地铁5号线梯式轨枕轨道试验段进行动力测试，并对实测振动数据进行了统计分析，得到了梯式轨枕轨道的减振效果，可作为验证所建立的列车-梯式轨枕-高架桥振动有限元模型正确性的依据。
　　5、将梯式轨枕轨道作为一个独立的子系统与列车、桥梁子系统耦合，建立了列车-梯式轨枕-桥梁动力相互作用模型，编制了计算机仿真分析程序，通过改变列车、轨道结构等参数进行仿真分析，得到了不同工况下列车、轨道、桥梁的动力响应，在此基础上分析得到了振动的传递规律。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 城市轨道交通的发展现状及趋势

1．1．1 城市轨道交通概述

1．1．2 国外城市轨道交通发展情况

1．1．3 我国城市轨道交通发展概况及趋势

1．2 城市轨道交通引起的环境振动评价方法及控制措施

1．2．1 城市轨道交通引起的环境振动及影响

1．2．2 环境振动评价标准

1．2．3 轨道交通引起的环境振动控制

1．3 城市轨道交通引起的环境振动研究现状及研究方法

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 研究方法

1．4 城市高架轨道交通引起的环境振动计算模型

1．4．1 车辆模型

1．4．2 轨道模型

1．4．3 桥梁模型

1．4．4 车辆-轨道-桥梁耦合系统动力方程的数值积分方法

1．5 本文的研究意义及内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

第2章 梯式轨枕轨道动力特性研究

2．1 梯式轨枕轨道概述

2．1．1 梯式轨枕轨道概念和设计原理

2．1．2 梯式轨枕轨道种类

2．2 梯式轨枕轨道模态分析

2．2．1 梯式轨枕轨道的有限元模型及计算工况

2．2．2 模态分析结果

2．3 单位梯式轨枕轨道试验室拟动力加载实验

2．3．1 简谐加载实验

2．3．2 冲击荷载加载试验

2．4 本章小结

第3章 北京地铁五号线现场实验

3．1 工程背景

3．2 轨道不平顺测量

3．2．1 概述

3．2．2 测量方案

3．2．3 实测样本幅值统计

3．2．4 轨道不平顺功率谱分析

3．2．5 轨道不平顺功率谱拟合

3．2．6 小结

3．3 振动测试

3．3．1 测试方案

3．3．2 测试结果分析

3．3．3 小结

第4章 列车-梯式轨枕轨道-桥梁动力相互作用模型

4．1 车辆模型

4．1．1 基本假定

4．1．2 车辆运动方程的建立

4．2 轨道模型

4．2．1 钢轨模型

4．2．2 梯式轨枕模型

4．3 桥梁模型

4．4 车桥系统激励源

4．5 列车-轨道-桥梁系统动力平衡方程组

第5章 计算实例与结果分析

5．1 计算参数

5．1．1 桥梁参数

5．1．2 轨道参数

5．1．3 列车参数

5．2 桥梁模态分析

5．3 车辆-轨道-桥梁动力响应计算

5．3．1 积分步长的确定

5．3．2 数值模拟计算结果

5．3．3 梯式轨枕轨道和普通轨道数值模拟对比

5．3．4 数值模拟与实测结果对比

5．4 参数影响

5．4．1 车速对列车-轨道-桥梁动力系统的影响

5．4．2 单元轨枕长度对列车-轨道-桥梁动力系统的影响

5．4．3 减振垫刚度对列车-轨道-桥梁动力系统的影响

5．4．4 减振垫间距对列车-轨道-桥梁动力系统的影响

5．5 本章小结

第6章 结论及展望

6．1 本文的主要工作及结论

6．1．1 主要工作内容

6．1．2 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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