高架轨道箱梁C型弹簧动力吸振器减振研究

为有效控制高架轨道箱梁的振动,首先设计并建立轨道-箱梁、动力吸振器物理模型,通过理论计算和数值仿真,分析动力吸振器的移频特性,对其参数、尺寸及安装位置进行优化设计;然后对轨道-箱梁结构进行模态分析,通过振型贡献率确定结构的受控模态;最后基于列车-轨道-桥梁耦合模型,探讨列车荷载作用下动力吸振器对轨道-箱梁结构的减振效果。结果表明:动力吸振器可以通过C型弹簧的变形来改变弹簧刚度,进而改变自身固有频率以对不同频率的振动进行控制;根据振型贡献率,轨道-箱梁结构以2阶模态为控制模态进行减振设计;简谐荷载及移动荷载作用下,动力吸振器可以在宽频范围内有效抑制轨道-箱梁结构的振动,最大可减低3.2 dB。

无砟轨道箱梁系统振动试验相似模型的设计与校验

为探究弹性力相似律在无砟轨道箱梁系统振动试验相似模型设计时的适用性,从理论上分析多层结构及其模型间的耦合相似关系,发现不同材料属性结构层间存在耦合效应;以双层结构为例,探讨当某一结构层几何尺寸大于另一结构层时,原型与模型间耦合关系的变化规律;以10∶1为几何比尺,依据弹性力相似律,制作无砟轨道箱梁系统相似模型;通过自由模态测试和有限元数值分析,校验相似理论及模型的正确性。结果表明:当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时,按该结构层材料属性导出的相似关系近似等于原型与模型间的耦合相似关系;无砟轨道箱梁系统可依据弹性力相似律设计其相似模型,相似关系只需按箱梁材料属性导出,且制作的相似模型可较为精确地反映原型结构的振动规律,最大误差为4.02%。

阻尼板材在高架轨道箱梁结构噪声控制中的应用研究

为探讨高架桥梁结构噪声的控制措施,以京沪高铁32 m无砟轨道箱梁结构为原型,设计制作1/10的模型试验系统。通过将TD09型高性能阻尼板材分别敷设于箱梁翼缘板、腹板等位置,进行多工况的桥梁结构噪声降噪的模型试验研究。结果表明:高架轨道箱梁结构噪声峰值频段为200~1000 Hz,敷设阻尼板材在峰值频段内具有一定的降噪效果。阻尼板材对桥梁结构降噪效果与阻尼板材的敷设位置有关,其在桥梁结构噪声控制中有一定的应用价值。在峰值频率500 Hz处,翼缘板敷设阻尼板材对翼缘板下侧降噪效果最好,降噪约为1.6 dB(A);腹板敷设阻尼板对底板处的降噪效果最好,降噪可达3.8 dB(A);腹板及翼缘板同时敷设阻尼板材也对底板处的降噪效果最好,降噪可达3 dB(A)。

TMD控制高架轨道箱梁结构振动的模型试验研究

高架轨道桥梁结构的振动与噪声问题已成为制约轨道交通发展的重要因素,为研究调谐质量阻尼器(TMD)控制高架轨道箱梁桥振动的效果,以铁路32 m简支箱梁桥为原型,以10∶1为几何缩尺比,设计制作了轨道箱梁结构相似试验模型,并制作了可调谐TMD减振装置。在验证试验模型可靠性的基础上,分别附加控制1阶、2阶模态振动的TMD,通过对试验模型进行单点激振试验得到测点减振前后的振动响应,分析了TMD对箱梁桥的减振性能。研究结果表明:安装1阶、2阶TMD之前,在模态自振频率附近,振动响应出现了明显峰值;安装TMD之后,翼板和腹板的加速度有效值在模态频率附近得到了明显的抑制,并且激振频率越接近自振频率,TMD减振效果越好;当TMD质量比为0.02时的减振效果优于0.01。

列车荷载作用下轨道箱梁结构TMD减振效果研究

为了解决高架轨道桥梁结构引起的振动及二次结构噪声问题,研究多模态TMD对轨道箱梁结构的减振效果。首先,利用有限元法建立轨道箱梁结构动力分析模型,通过约束模态分析确定其受控模态;然后,基于TMD定点理论及多自由度等价质量识别法,计算箱梁附加TMD的最优设计参数,并利用列车荷载-轨道箱梁-TMD耦合分析模型,研究多模态TMD对轨道箱梁结构低频振动的控制效果。研究结果表明:(1)轨道箱梁结构第2阶模态振动贡献最大,振型贡献率为0.784,其次是第10阶和12阶,可同时作为受控模态进行附加TMD设计;(2)在附加了多模态TMD减振系统后,轨道箱梁结构低频共振能量显著降低,且振动控制效果和质量比大小成正比关系;(3)列车荷载作用下,轨道箱梁结构附加一定质量比组合的多模态TMD后,固有频率附近频段5~10 Hz、20~31.5 Hz的加速度响应幅值显著降低,Z振级最大可减振3.91 dB。

预制轨道箱梁的设计与施工浅析

通过上海市轨道交通11号线北段一期工程的实践,对轨道交通预制轨道箱梁的设计方案和施工工艺进行了简要的归纳和对比,并进行了分析,为预制轨道箱梁的设计和施工积累了一定的经验。

轨道-箱梁耦合振动模型试验设计与验证

为研究基于模型试验的轨道-箱梁耦合振动反演方法,从理论上探讨多层结构层间耦合相似关系,根据弹性力相似律和相似π定律,设计、制作几何相似比为101的轨道-箱梁耦合相似模型,分析轨道板密度和弹性模量、扣件刚度、CA砂浆层刚度等参数对系统相似性的影响。通过模态试验、有限元法验证模型设计的正确性及原型与模型间的相似关系。结果表明,通过模型试验方法,依据模型与原型间的相似关系反演现场不同工况条件下的振动水平;当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时,依据弹性力相似律,原型与模型间的耦合相似关系可由箱梁材料参数导出;轨道板密度及弹模变化,对结构前五阶模态影响误差最大为0.033%;在200~500 Hz范围内,扣件刚度、CA砂浆层刚度变化对箱梁振动加速度的最大影响分别为2.542%、4.326%。

高架轨道箱梁结构振动试验模型设计与校验

基于π定理和量纲分析法,推导了某32 m高架轨道箱梁结构缩尺模型与原型物理量之间的相似关系,并通过建立动力仿真模型进行计算,验证了相似关系的准确性;以该相似关系指导设计,并通过合理选材,制作了几何相似比为10∶1的轨道箱梁结构缩尺试验模型;通过激振试验获取了缩尺试验模型的模态频率、振型和加速度响应,并与有限元仿真结果对比,验证了缩尺试验模型的有效性;在此基础上利用该缩尺试验模型研究了轨道箱梁结构的振动传递特性。研究结果表明:高架轨道箱梁缩尺模型与原型结构前10阶模态频率误差均小于1%,且由缩尺模型计算结果反演的加速度响应曲线与原型结果趋势一致,模型与原型之间相似关系推导正确;缩尺试验模型实测模态频率与有限元仿真结果的误差均在8.8%以内,各阶模态振型吻合,且实测加速度响应随时间变化趋势与有限元仿真结果一致,制作的高架轨道箱梁结构缩尺试验模型有效;当振动在轨道结构中传递时,扣件和橡胶层对1 000 Hz以上的高频振动具有明显的衰减作用;当振动由箱梁顶板向底板传递时,顶板加速度导纳最大,翼板次之,其次是腹板,底板加速度导纳最小;设计制作的高架轨道箱梁结构缩尺试验模型能够反映原型振动响应的一般传递规律,可用于轨道箱梁结构振动传递特性与控制关键技术研究。

底部开口悬挂式单轨交通轨道梁扭转性能的计算与分析

目的:在国内外对底部开口悬挂式单轨线路的研究中,尚缺少针对轨道梁扭转性能的研究及对曲线轨道梁竖向荷载作用下截面变形的影响分析,需对单轨线路轨道梁的扭转性能进行深入分析。方法:在结合我国悬挂式单轨和日本单轨设计经验的基础上,介绍了悬挂式单轨PC(预应力混凝土)轨道梁的结构,对结构梁所承受的竖向列车荷载进行分析。阐述了传统符拉索夫开口薄壁梁扭转理论存在的问题,推导了考虑跨中截面剪切应变情况下轨道梁约束扭转时的初参数解。结合有限元软件建立了曲线梁模型,对不同曲线半径及顶板厚度取值时竖向荷载作用跨中截面的竖向位移及扭矩变化情况进行了分析。在跨中截面处施加集中扭矩,对轨道梁跨中右侧区段各截面的受力情况进行分析,并将理论计算值与模型模拟值进行对比。结果及结论:两端固定约束下底部开口箱型PC轨道梁在跨中处承受集中扭矩时,不应忽略其剪切变形,该类轨道梁设计时应考虑剪切应变的影响;加大曲线轨道梁顶板厚度,可提高梁截面的整体抗扭性能;在竖向静活载作用下,跨中截面处的扭转角随着曲线半径的减小而增大。

预应力混凝土箱型轨道梁温度场分析

预应力混凝土箱型轨道梁桥的温度效应不容忽视,在一定程度上甚至会超过活载作用成为设计的控制因素。论述了预应力混凝土箱型轨道梁桥温度场及其变化规律,分析了环境温度场与结构温度场的关系。运用傅里叶热传导理论和边界条件,建立了预应力混凝土箱型轨道梁结构温度场计算的数值模型。计算结果在某轨道线试验梁中得到了验证。在此基础上,将预应力混凝土箱型轨道梁温度影响的计算简化为温差作用下控制温度荷载的计算问题,提出了简化温度分布模式,对工程设计中合理控制温度效应具有实际参考价值。

基于梁段单元法轨道连续箱梁的车桥耦合动力响应分析

城市轨道交通可能会引起桥梁振动安全性问题和列车运行平稳性问题。建立精确、快速及通用性较好的车桥耦合计算程序,可对新兴的轨道交通进行振动预测提供借鉴。目前车桥耦合研究中,基于有限元软件建立的桥梁模型,通用性不高;而直接利用空间梁单元建模则无法考虑桥梁面板横向振动差异。采用梁段单元建立桥梁模型,并在MATLAB中建立整个车桥计算程序;以宁波轨道交通一号线为数值模拟对象,将计算结果与实测数据对比验证,最后考虑了不同车速对列车运行平稳性的影响。研究得到,直线运行的状态下,车桥响应都有竖向振动比横向振动受车速影响更大的趋势,且底板垂向加速度幅值最大,比腹板横向及悬臂板垂向振动加速度要显著的多;基于平稳性指标的评价结果比加速度指标更加合理。

高速铁路箱梁-无砟轨道结构温度场模型的级数解

为了预测高速铁路箱梁-无砟轨道结构的温度场分布及升温模式,结合箱梁-无砟轨道结构的实测温度和气象参数,建立第三类边界条件的温度场预估模型。基于热阻网络法分析箱梁-无砟轨道结构的复合换热过程,采用积分变换法求得结构升温过程的级数解,并结合预估模型对箱梁-无砟轨道结构升温模式进行分析。研究结果表明:采用积分变换法求得结构升温过程的级数解,其前8项求和结果与数值结果和实测结果的最大误差分别为5%和8%;当辐射气温大于混凝土结构表面温度时,可采用半无限域温度场模型近似计算表面温度,与有限域模型的温度级数解的相对误差在1℃之内;高速铁路箱梁-无砟轨道结构的四折线及指数温度模式与实测温度模式拟合度很高,可满足实际工程应用。结构指数温度模式的计算公式可预测不同截面高度、不同工况(施工、运营)的结构升温模式。

轨道-箱梁结构振动传递的模型试验研究

以京沪高铁常用的32 m无砟轨道箱梁结构为原型进行了模型试验,其中模型为轨道-箱梁结构。根据1/10的几何相似比,介绍了试验模型各结构的设计与制作过程,荷载激励由激振器施加。试验结果表明:轨道板振动在500-1024 Hz频段内衰减缓慢,底座板和顶板振动在0-1024 Hz频段内衰减较快;振动由顶板传递至翼缘板的过程中衰减最小,腹板其次,振动由顶板传递至底板的过程中衰减最大;腹板和底板振动在0-1024 Hz频段内中高频段衰减快。在0-1024 Hz频段内,轨道板振动沿纵向衰减很小;在670-1024 Hz频段内,底座板振动在跨中至四分之一截面的范围内衰减很大,在四分之一至端部截面的范围内衰减较小。在700-1024 Hz频段内,翼缘板振动在跨中至四分之一截面的范围内衰减较大,在四分之一至端部截面的范围内衰减较小。支座刚度值对轨道-箱梁跨中结构振动有一定影响,但影响很小。支座刚度值对隔振有一定影响,具体影响与分析频段有关。

悬挂式轨道交通箱型轨道梁巡检车的主动安全系统设计

悬挂式轨道交通系统巡检车主动安全系统运用安全激光扫描仪和速度控制模块,能够测得距巡检车1.5 m以内的障碍物,并发出警报提醒驾驶员减速。该系统在1.2 m以内测到障碍物即向PLC(可编程逻辑控制器)发出危险信号,并自动控制电机制动。仿真结果表明,巡检车正常行驶过程中,遇到突发状况时,经过大约0.34 s,滑行0.8 m即可停稳。在中车青岛四方机车车辆有限公司悬挂式单轨试验线上进行现场测试时,该系统顺利通过了安全测试,验证了该主动安全系统的准确性和可靠性。巡检车主动安全系统能够有效避免事故发生,符合巡检车安全运营要求。

大跨度后张预应力箱型轨道梁在墩式码头的应用

在唐山港曹妃甸港区矿石码头二期工程建设中,根据码头布置形式和工艺设备使用要求,国内首次采用大跨度后张预应力混凝土箱型轨道梁。通过该结构与以往类似工程大跨度钢结构箱型轨道梁的对比,在总结设计经验的基础上,分析并解决了大跨度混凝土结构如何应用于墩式散货码头轨道梁设计的关键问题。

轨道用箱型梁的制作方法

现在钢结构中有大量的箱型结构,箱型结构存在着四条主角焊缝为部分熔透焊或全熔透焊,焊后由于焊缝收缩,极易发生旁弯或扭曲变型的特点,由于箱型结构刚度大,既使运用机械或火焰来矫正也很难成功,因此,制定箱型梁成型前的组装及焊接工艺就显得非常重要,本文介绍一种对制作尺寸精度要求极高、轨道用箱型梁的制作方法。

浅谈现浇箱梁预拱度设置及梁面施工关键点控制

以宁杭客专埭溪特大桥移动模架现浇箱梁施工为案例,介绍了采用移动模架进行现浇梁预拱度的设置及梁面的施工质量控制,着重对移动模架进行加载预压验证及数据分析处理,通过对预拱度的合理设置以及对现浇箱梁梁底及梁面线性和高程等关键质量点控制,为后续的无砟轨道施工提供条件,也为以后的无砟轨道现浇梁预拱度设置及梁面施工提供了经验。

基于Simulation的单轨吊箱型梁结构优化设计

针对目前单轨吊运行中机身摇摆、超重设备运输受限的问题,通过构建数学模型、力学模型建立数学优化模型,对箱型轨道梁进行截面优化,优化截面各参数,减小截面面积,减轻箱型轨道梁质量。运用Simulation对模型进行有限元分析,证明优化后的截面参数是可行且具有使用价值的。

高速铁路桥梁箱梁温度场有限元分析

文中以合福高铁32 m简支箱梁为工程背景,通过预先埋设的温度传感器获得实时监测数据,建立高速铁路箱梁温度场有限元模型,并验证其准确性。利用有限元仿真技术,研究箱梁-轨道系统的温度分布特征,探讨高速铁路箱梁及CRTS I型单元双块式轨道的温度梯度模式。结果表明,距离箱梁顶板表面150 mm范围内,其传热现象较明显,顶板最大正温差可达12℃以上。考虑到轨道及附属设施对箱梁顶板表面的遮盖效应,分别以裸梁、铺设轨道、运营阶段提出箱梁-轨道系统的竖向和横向温度梯度分布规律。

地面隔声墙高度对轨道交通高架结构噪声影响研究

以轨道交通32 m双线混凝土简支箱梁为研究对象,采用现场实测及有限元、声学边界元联合仿真的方法,分析列车运行条件下桥梁低频结构辐射噪声的声场分布,在此基础上,考虑在桥梁附近设立不同高度的地面隔声墙,分析隔声墙高度对桥梁结构噪声的影响。研究结果表明:桥梁振动辐射的噪声主要集中在底板附近,以小于250 Hz的低频噪声为主,全局峰值出现在50～63 Hz频率段;在一些较为复杂的现场工况,例如居民楼距高架桥的距离较近,在居民楼和桥梁之间设立的隔声墙,可以在一定程度上降低桥梁结构噪声对居民生活的影响;位于桥梁附近的隔声墙对于墙后的场点有一定的降噪效果,降噪效果与隔声墙高度呈非线性关系,在考虑经济效益和美观的情况下,可以设立2.3 m左右的隔声墙。