铁道工程创新型实验教学体系建立与教学方法研究——以浮置板减振轨道振动力学试验为例

加大实验教学的深度和广度,是深入开展工科类专业理论与实践教学不可或缺的重要途径。在轨道交通迅速发展的背景下,建立创新型铁道工程实验教学体系,并以中南大学铁道工程专业钢弹簧浮置板试验为例,阐述了开展铁道工程创新型实验的基本教学方法:推进理论教学的现场化模式、科学定位实验的内容与研究深度、积极开展校企联合科研教学实验、建立健全本硕博学生联动机制、健全实验报告的独立性撰写模式、提升学生科研成果转化能力等等。其教学研究成果不仅对于铁道工程实验类教学有着指导意义,而且对其他理工科专业实验教学模式的改进同样具有一定的启发意义。

城市轨道交通橡胶浮置板减振轨道声振特性研究

随着我国城市化建设的快速发展,普及城市轨道交通成为解决交通拥堵问题的重要手段。但是城市轨道交通运行中所产生的振动噪声问题已成为限制其发展的关键因素,因此我国城市轨道交通中采用了大量的减振轨道以缓解振动对环境造成的的影响。目前的研究成果表明,减振轨道在发挥减振作用的同时,由于振动能量的累积,其自身产生的振动反而增大,在振动加剧的情况下有必要对声振特性进行研究。以城市轨道交通中常见的橡胶浮置板减振轨道为研究对象,采用有限元-边界元方法建立移动载荷下车辆-橡胶浮置板减振轨道动力学模型和声学预测模型,对橡胶浮置板声辐射效率、线性声压级、声场分布等声辐射特性进行分析,研究其声振特性。

声学边界对轨道交通桥上浮置板振动声辐射预测的影响研究

城市轨道交通运行带来的振动噪声问题已得到广泛关注,轨道结构车致振动声辐射的研究不断展开。然而目前在车致桥上轨道结构自身声辐射研究时声学边界问题的影响还需进一步研究,本文基于车辆-轨道-桥梁相互作用理论,采用有限元-边界元方法系统地分析了地面反射和槽型梁桥遮蔽效应两种不同声学边界条件对城市轨道交通桥上轨道结构声辐射规律的影响,研究结果表明,声学边界对于城市轨道交通轨道结构振动声辐射预测具有较大影响,槽形梁桥遮蔽效应在降低浮置板声辐射桥下方传播的同时会使桥梁上方声辐射水平得到增强,地面反射会使浮置板振动声辐射在声场内形成多个带状声压放大区域。

U型梁上减振垫浮置板轨道系统动力分析

研究目的:深圳地铁6号线是首条全高架采用"U型梁+减振垫浮置板轨道"系统的地铁快线,为检验是否存在系统共振,考察行车安全性指标和桥梁结构振动情况,本文通过建立车-轨-桥耦合动力学模型,对系统固有频率以及车辆、轨道、桥梁动力特性进行研究,以期指导深圳地铁6号线桥梁、轨道结构设计实践。研究结论:(1) U型梁与减振垫浮置板轨道自振频率相差较大,二者发生低阶共振的可能性较小;(2) U型梁上采用减振垫浮置板轨道以后,行车安全性指标、轨道及桥梁动力学指标均满足规范要求;(3)减振垫浮置板轨道系统可降低桥梁结构振动5～8 d B;(4)本文所采用的系统动力检算方法,既验证了"U型梁+减振垫浮置板轨道"设计方案的合理性,同时也对国内地铁高架线减振设计具有一定的指导意义。

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。

山地地铁浮置板轨道支撑结构钢轨波磨机制研究

基于轮轨系统摩擦自激振动的观点,研究山地地铁线路长大坡道圆曲线段处出现的典型钢轨波磨现象。利用SIMPACK建立山地地铁车辆-轨道动力学模型,验证了列车通过长大坡道圆曲线段外侧轮轨间的蠕滑力处于饱和状态;建立相应区段上由导向轮对-钢轨-道床所组成的轮轨系统有限元模型,采用复特征值分析法从频域角度研究轮轨系统的稳定性;采用控制变量法研究浮置板结构中隔振器的垂向刚度和垂向阻尼、扣件的垂向刚度和垂向阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响规律。结果表明:在长大坡道圆曲线段上,外侧轮轨间饱和蠕滑力引起的轮轨摩擦自激振动是导致该区段外轨处钢轨波磨产生的主要原因,诱导频率为459.63 Hz。参数化分析表明,轮轨系统摩擦自激振动随隔振器的垂向阻尼和垂向刚度的增大呈增大趋势,随扣件的垂向阻尼的增大呈降低趋势,而随扣件垂向刚度的增加呈先减小后增大的趋势;当扣件的垂向支撑刚度为40 MN/m时,钢轨波磨最不容易发生。

槽形梁上不同轨道结构的降噪效果研究

城市轨道交通桥梁结构噪声问题已受到高度关注。在桥梁减振降噪方面,目前主要采用减振轨道来控制振动能量的传递,以降低桥梁的结构噪声实现降噪的目的。减振措施的设计可针对扣件、轨枕和道床部位,均能实现减振的目的,但目前并没有关于在不同部位采用减振措施时对桥梁结构噪声的影响研究。采用列车-轨道-桥梁相互作用理论和有限元-边界元方法,分析铺设采用高弹性扣件的减振轨道、普通整体道床以及橡胶浮置板减振轨道时槽形梁的声辐射特性,对比研究3种减振降噪措施的降噪效果。研究结果表明在轨道结构不同部位采用减振措施,均能在一定程度上降低槽形梁的结构噪声,但采用橡胶浮置板减振轨道的降噪效果更优。

铺设无砟轨道的平面折线钢桁结合梁设计及施工关键技术研究

福州道庆洲大桥第5联钢桁梁采用2×84 m平面折线连续钢桁结合梁,主桁采用三角桁,桁宽15 m,桁高9.5 m,标准节间长度12 m,上层采用组合梁结构,通行6车道公路,下层采用整体钢桥面结构,通行双线地铁,轨道采用"钢桥面+减振垫浮置板无砟轨道"结构。本桥位于平曲线上,采用以折代曲的方案进行设计,平面折角为177.617°。设计过程中,对折线钢桁梁的悬臂施工、顶落梁等过程开展研究,阐明折线钢桁梁在悬臂拼装、顶落梁等工况上、下弦杆会发生横向错动和扭转;提出顶落梁过程中内、外侧弦杆不同步起顶,以减小错动变形和减小主桁面外弯矩的方法;折点处钢桁梁结构复杂,采用BIM正向设计方法。