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1、浮置板轨道交通箱形梁减振效果分析摘要：为研究浮置板轨道对轨道交通桥梁的减振效果，以的轨道交通双线箱形梁为研究对象，基于联合仿真方法建立了车辆轨道桥梁耦合振动分析模型，计算列车荷载作用下轨道交通箱形梁的振动响应，分析了浮置板轨道对箱型梁的减振效果。结果表明，箱形梁桥上采用浮置板轨道会急剧增大钢轨和浮置板本身的振动响应；采用浮置板轨道能够降低桥梁中、高频的振动，但是会放大桥梁低频的振动响应；如需采用浮置板轨道以减少轨道交通辐射的噪声，还应考虑设置浮置板轨道后钢轨辐射噪声的增加。关键词：轨道交通；箱形梁；浮置板轨道；联合仿真；减振效果近些年来，我国的城市轨道交通快速发展，由此引起的振动和噪声问题也逐
2、步显现，这影响着人们日常的生活和工作环境，产生了较大的负面影响。浮置板轨道作为一种有效的减振轨道构造型式，已经广泛地应用在地铁隧道的减振地段当中。国内已经有很多个城市采用了钢弹簧浮置板轨道构造，并获得了较好的减振效果。国内外学者通过理论分析、数值计算和试验测试等方法对钢弹簧浮置板轨道减振性能进行了大量的研究工作。刘学文、袁俊等通过建立解析轨道模型，对浮置板轨道的减振效果进行计算和分析。李增光等提出了采用动柔度的求解方法，通过建立浮置板轨道的力学模型加载求解浮置板的隔振性能及其影响因素。姚京川等分析了浮置板轨道对地铁环境振动减振特性的影响。等采用试验方法对浮置板轨道的减振效果进行了分析。大多数学
3、者只研究了浮置板轨道在隧道内的减振效果，但是针对桥上浮置板轨道对桥梁的减振效果的研究还很少。本文基于联合仿真动力分析，拟通过建立车辆轨道桥梁耦合振动分析模型，计算列车荷载作用下轨道交通箱型梁的振动响应，分析浮置板轨道的减振效果，为轨道交通桥梁的减振设计提供参考。计算模型、参数及理论车辆轨道桥梁耦合振动分析模型利用有限元软件和多体动力学软件，建立车轨桥耦合精细化的空间分析模型。在软件中建立车辆分析模型，通过刚体、力元、铰接、约束和轮轨接触模型等来建立车辆系统的动力学方程。节车辆主要由个刚体构成，分别是个车体、个转向架、个轮对。这些刚体再分别用一、二系弹簧、垂向减振器、横向减振器、抗蛇行减振器、横
4、向止挡、抗侧滚扭杆、牵引拉杆等连接。每个刚体都考虑个自由度，即伸缩、横摆、点头、浮沉、侧滚、摇头，左右两边车轮各有个约束，单节车辆共有个自由度。在软件中建立箱型梁的有限元模型，计算桥梁质量、刚度矩阵等信息，并使用软件与软件接口程序生成软件中能够识别的箱型梁构造柔性体的标准文件。然后利用轮轨接触面上的离散信息点进行数据交换，进而实现对车辆轨道桥梁系统的耦合振动分析，车辆轨道桥梁耦合振动分析模型见图。有限元模型及参数某轨道交通的双线箱型梁的标准跨径为。在有限元模型中，钢轨由梁单元模拟，扣件和钢弹簧由弹簧单元单元模拟，轨道板、浮置板和桥梁由实体单元单元模拟。浮置板轨道桥梁的有限元模型见图。车辆模型的
5、参数以地铁型车为标准，计算车速为，建模所需参数见表。轨道不平顺采用德国低干扰谱模拟，这与我国实际轨道谱比拟接近。通过将车辆轨道桥梁耦合振动分析模型计算的轮轨互相作用力加载到轨道桥梁的有限元模型上，能够获得桥梁的振动响应。计算理论在有限元动力分析中，采用瞬态动力学方法分析构造的动力响应，得到了时变荷载下构造的节点位移、应力、速度、加速度的响应。瞬态动力学分析也称作时间历程分析，其基本运动方程见式式中：、和分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；、和分别为系统节点的加速度、速度和位移向量；为系统的节点荷载向量。计算结果分析为研究箱型梁桥上浮置板轨道的减振特性，选择的箱型梁跨中截面输出点见图。其中
6、输出点分别表示箱型梁跨中处的外侧钢轨顶点、浮置板中心、轨道中心、翼缘板顶点、腹板中心和梁底中心。通过瞬态分析，能够得到个输出点的时域响应；然后通过傅里叶变换对输出点的时域响应进行频谱分析，得出输出点的加速度频谱曲线，见图。图箱形梁振动加速振级比照图由图可见，在的范围内，浮置板轨道的轨顶和轨道板中心处的振动响应明显高于普通整体轨道的振动响应。浮置板轨道轨顶在处的加速度振级比普通轨道高，轨道板中心的加速度振级相差。设置浮置板轨道的桥梁振动响应总体来讲小于采用普通轨道的桥梁振动响应。这表明浮置板轨道是通过增加本身的振动幅值来降低高架桥的振动响应的，因而，假如要想利用设置浮置板轨道来到达降低轨道交通产
7、生的噪声的目的，还应该考虑到钢轨辐射噪声的增加。在频率范围内，设置浮置板轨道的箱型梁的轨道中心线处、翼缘板、腹板、梁底的振动水平明显低于普通轨道，加速度振级相差最大值分别为，。在小于的低频部分，箱形梁的各部分振动响应略有增加。讲明浮置板轨道主要对轨道交通桥梁的中、高频响应具有明显的减振作用，但在低频部分有振动放大的现象。本文通过比照分析浮置板轨道与普通轨道对轨道交通箱型梁的减振效果，得到下面结论。在箱型梁桥上采用浮置板轨道将急剧放大钢轨和浮置板的振动响应。采用浮置板轨道能够降低桥梁中、高频的振动，但是会放大桥梁低频的振动响应。如要采用浮置板轨道来降低轨道交通产生的噪声，还应考虑采用浮置板轨道后钢轨辐射噪声的增加。