車輛—無碴軌道—橋梁系統(tǒng)豎向耦合振動(dòng)特性的研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來,城市軌道交通、高速鐵路和快速客運(yùn)專線等有軌交通在我國迎來了歷史性的發(fā)展機(jī)遇。將形成覆蓋我國主要城市的城市公共交通、快速客運(yùn)和高速鐵路等網(wǎng)絡(luò)。少維修、高穩(wěn)定性的無碴軌道的開發(fā)與應(yīng)用,是有軌交通軌道結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢.但無碴軌道存在結(jié)構(gòu)剛性大,同時(shí)反射部分噪聲等缺點(diǎn)，因此減振降噪是無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須解決的問題。 由于無碴軌道結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,目前國內(nèi)外采用的車橋系統(tǒng)動(dòng)力分析模型,大多沒有詳細(xì)考慮橋上軌道結(jié)構(gòu)的建模以及

2、車輛、無蹅軌道和橋梁之間的動(dòng)力耦合作用.無蹅軌道結(jié)構(gòu)減振理論研究的滯后,顯然無法滿足我國有軌交通快速發(fā)展的技術(shù)需求。 本文著重探討了無踏軌道結(jié)構(gòu)對整個(gè)動(dòng)力耦合系統(tǒng)(車輛、鋼軌、無蹅軌道和橋梁等系統(tǒng))的影響規(guī)律及其工程應(yīng)用.本文的研究工作主要包括以下六個(gè)方面： (1)建立了較為完善的無碴軌道、橋梁和車輛耦合振動(dòng)的模型:對于廣泛應(yīng)用于有軌交通的三種無碴軌道結(jié)構(gòu),即板式軌道、彈性支承塊式軌道和浮置板式軌道,本文系統(tǒng)地分析了它們

3、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).將其視為二級隔振系統(tǒng),并根據(jù)軌道板長度尺寸的大小,建立了軌道板結(jié)構(gòu)基于彈性支承上的自由一自由邊界的梁和剛體兩種模型,并且考慮了車輛、鋼軌、無蹅軌道、橋梁運(yùn)動(dòng)方程的動(dòng)力耦合作用,分別進(jìn)行了系統(tǒng)的比較、分析和求解,同時(shí)討論了兩種模型的適用范圍:給出了彈性支承的多跨連續(xù)Euler梁的理論模型以及本征值問題的求解方法,得到了連續(xù)支承Euler梁的本征值問題理論解,從理論上證明了將鋼軌看作有限長簡支梁的可靠性。 (2)軌道板結(jié)

4、構(gòu)特性的減振分析:分析了軌道板的結(jié)構(gòu)特性,即質(zhì)量、抗彎剛度、高度和縱向布置等方面對車輛、無蹅軌道和橋梁耦合振動(dòng)影響的規(guī)律,本文的分析表明軌道板的質(zhì)量增加與車橋振動(dòng)的改善無必然聯(lián)系,而系統(tǒng)的振動(dòng)與軌道板的抗彎剛度和軌道板的縱向布置有關(guān),并定量分析了它們之間的關(guān)系；建議高架橋上的軌道板結(jié)構(gòu)(包括浮置板)采用空心板,以減輕橋梁的恒載和增加軌道板的抗彎剛度. (3)軌道板下支承材料性能的減振分析：系統(tǒng)地分析了連續(xù)整體型軌道板和預(yù)制式軌道

5、板下支承材料的剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)和支承間距的變化等因素對鋼軌、箱梁和車廂振動(dòng)的影響規(guī)律,為了取得較為理想的減振效果,對支承材料的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)值給出了合理的取值范圍,對軌道板下支承的材料特性的選擇給出了建議. (4)鋼軌下橡膠墊材料性能的減振分析:系統(tǒng)地分析了連續(xù)型軌道板和預(yù)制式軌道上或軌下橡膠墊的剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)的變化對鋼軌、橋梁和車廂振動(dòng)的影響規(guī)律,為了取得較為理想的減振效果,對軌下膠墊的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)值給出了合理

6、的取值范用,對軌下膠墊的剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)等材料性能的選擇給出了建議。 (5)秦沈客運(yùn)專線板式無碴軌道的減振結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)：對秦沈客運(yùn)專線沙河大橋橋上通過高速列車時(shí)不能滿足車輛運(yùn)行平穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)的情況,通過車橋耦合振動(dòng)的分析,從軌道板的結(jié)構(gòu)(采用空心板、增加截面抗彎剛度、修正縱向尺寸)、軌道板下的橡膠墊布置以及軌下膠墊的材料性能等方面通過車橋耦合振動(dòng)分析等方面,提出了滿足車輛運(yùn)行平穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)和橋梁動(dòng)力性能評定標(biāo)準(zhǔn)的若干改進(jìn)的建議.