地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路纵向力分析

【目的】为研究地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路纵向受力与变形规律,对地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路设计改进、运营养护维修提供理论指导。【方法】根据梁-板-轨相互作用原理,建立地铁连续刚构桥上整体道床式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算伸缩、挠曲、制动、断轨工况下轨道结构和桥梁纵向力及位移,并对轨道结构静力特性进行对比分析,为地铁连续刚构桥上无缝线路轨道结构设计提供参考。【结果】结果表明:双线列车荷载中点与中部梁端处重合时为列车垂向荷载最不利工况,此时钢轨纵向力与钢轨、桥梁纵向位移均为最大,均出现在中部梁端附近,数值分别为70.3 kN与0.6,0.8 mm;双线制动荷载列车尾部位于两侧梁端时为列车制动荷载最不利工况,此时钢轨纵向力与钢轨、桥梁纵向位移均为最大,数值分别为107.8 kN与1.6,1.7 mm。【结论】伸缩力作用下各个端部桥缝处为薄弱部位,在平时养护中应特别注意梁端部桥缝处轨道结构,防止因伸缩力过大而产生断轨;钢轨发生断轨时,在断缝处纵向力、纵向位移均发生突变,严重影响线路行车安全。

运营地铁盾构隧道基底沉降的影响因素分析

隧道基底沉降不仅影响地铁列车的正常运行和乘客的舒适性,严重时会造成隧道结构病害,目前的研究主要集中在长期沉降预测和单因素影响分析,非常有必要开展隧道基底沉降的多影响因素分析。以郑州地铁1号线某盾构隧道区间为工程实例,构建三维有限元数值模型,采用人工激振力模拟地铁列车竖向荷载,提取数值模拟结果的动应力和静偏应力数据,引入循环荷载作用下累积塑性应变计算公式,采用分层总和法计算得到隧道基底沉降,研究了隧道周围土层性质、道床脱空深度和地铁列车运行速度等因素对隧道基底沉降的影响,研究结果表明:数值模拟的隧道基底沉降和发展规律与现场实测结果具有较高的吻合度,验证了有限元模拟的准确性;隧道基底沉降随着周围土层砂粒含量的提高而减小;道床脱空尺寸会加剧隧道和道床板中应力集中和振动放大现象,增大隧道下卧土层的动偏应力和基底沉降;提高车速会增大基底沉降的横向影响范围;采用正交试验法、极差分析法和方差分析法得到了隧道沉降对各因素的敏感性,从大到小依次为:土层性质、车速和道床脱空,其中,土层性质为高度显著水平、车速为显著水平。研究成果对运营地铁盾构隧道的变形监测、安全评估和加固处理具有一定的参考价值。

嵌入式轨道系统振动传递研究

[目的]嵌入式轨道的阻尼较大,有较好的减振降噪性能,因此有必要对嵌入式轨道的减振降噪机理进行研究。[方法]以广州地铁14号线为例,对嵌入式轨道系统与普通扣件式轨道系统进行了静态与动态的振动测试;基于现场测试的轨道结构频响函数及纵向衰减率,分析嵌入式轨道系统的减振特性。[结果及结论]嵌入式轨道系统在垂向减振中存在着明显的工作频段;嵌入式轨道在绝大多数频段中的振动加速度幅值均小于普通扣件式轨道的振动加速度幅值;当振动频率为550~1200 Hz时,嵌入式轨道的高分子阻尼材料与弹性垫板的减振体系在该频段具有良好的吸振能力;嵌入式轨道与调频式钢轨阻尼器一样存在固定的调整频段,其调整频带范围在振动频率为400 Hz附近;相比于离散支承的轨道结构形式,连续支承的轨道结构形式在振动频率大于750 Hz频段的钢轨振动衰减率更优。

车辆段不同区域上盖建筑振动测试分析

为研究地铁列车在车辆段不同区域引起的上盖建筑振动问题,对广州某车辆段试车线,咽喉区及其上盖建筑进行现场振动测试,分析车辆段各区域车致振动特性及传递规律。分析结果表明,轨旁源强振动的主频随车速增加而增大,咽喉区15 km/h、试车线40和60 km/h工况的主频分别为31.5、40和50 Hz,试车线源强的振动能量要大于咽喉区。由于梁和楼板的阻抗作用,振动总能量在向上传播的过程中逐渐衰减,不同传递路径对不同频段振动的衰减作用不尽相同。建筑物内振动主频主要受楼板固有频率影响较大,主要集中在40~50 Hz范围。

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明:当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。

钢弹簧浮置板轨道减振性能现场对比测试

为研究随机列车荷载作用下钢弹簧浮置板轨道(steel spring floating slab track,简称SSFST)上线运营后的减振效果,选取某地铁线路同一区间、同一曲线段内的普通无砟轨道及钢弹簧浮置板轨道典型测试断面,在同一天内开展了现场对比测试。研究结果表明:钢弹簧浮置板轨道减振效果的线上评估结果与列车、轨道的实际运营状态直接相关;在不同列车的随机激励作用下,Z振级相对插入损失(ΔVL_(Z,max))相差超过10 dB,且部分测试样本无法满足特殊减振的设计需求;为获得保守的评价结果,应选择轮、轨平顺状态良好的运营区段开展对比测试;通过合理的养护维修,使运营列车及轨道保持良好的运行状态,是减振轨道区段满足振动控制需求的关键。

惯性基准法在地铁轨道检测中的应用

地铁的使用寿命与地铁轨道的损耗状况有关,及时地发现轨道问题,并加以修复可以有效提高地铁使用寿命;为了提升城市地铁的使用寿命,研究构建了一个基于惯性基准法的地铁轨道波磨损耗检测系统;该系统以惯性基准法为核心,配合加速度计,及检测车辆,对地铁轨道的波磨损耗情况进行检测;结果显示,惯性基准法的检测标准差,总是低于弦测法的检测标准差,检测长度为400 m时,弦测法的检测标准差为0.79 mm,而惯性标准法的检测标准差为0.72 mm;基于惯性基准法的检测系统的检测结果与实际情况基本一致;研究构建的地铁轨道波磨损耗检测系统的检测成本更低,且检测精度符合实际应用需求。

广州地铁轨道不平顺谱研究

轨道不平顺谱可同时反映轨道不平顺的幅值和波长特性,为线路状态评估和养护维修提供依据。文章以广州地铁网轨检测车实测轨道不平顺数据进行轨道不平顺谱计算分析和轨道谱拟合。研究发现,检测速度过低、加速度计和激光摄像组件状态异常是轨检数据出现异常的主要原因,但可通过数据预处理修正异常数据。广州地铁轨道存在波长等于钢轨长度、车轮周长的周期性不平顺,以及轨向不平顺与曲线半径强负相关的关系。轨道不平顺谱用于轨道质量评价,是TQI和峰值扣分法的有益补充。此研究填补广州地铁轨道不平顺谱的空白,完善广州地铁线路状态评估与养护体系,同时轨道不平顺谱计算软件的开发有利于轨道不平顺谱推广使用。

某地铁上盖建筑采用厚板转换结构设计的研究

对南京5号线某地铁轨行区上盖建筑的转换层进行分析研究,论证了采用梁板转换体系、厚板转换体系的可行性,并对比分析了两种建模方式对转换厚板内力及配筋的影响。研究结果表明:在转换层高度受限的情况下,厚板转换体系可行,两种厚板转换计算模型计算结果真实可靠,设计时采用两种模型计算结果的包络值。

宽频式钢轨动力吸振器对波磨的影响分析

为了解决某地铁钢弹簧浮置板轨道曲线段钢轨波磨问题,首先对钢轨波磨进行了现场测试,其次依据波磨特征进行宽频式钢轨动力吸振器(wide-frequency tuned mass damper,WTMD)的精准调频和研制。然后将WTMD的质量、刚度和阻尼等参数输入到建立的车辆-WTMD-钢弹簧浮置板耦合动力学模型。模型中浮置板和基础考虑为柔性体,轮轨接触采用多点非赫兹接触的Kik-Piotrowski模型求解。以美国5级谱叠加现场实测的波磨不平顺谱作为激励,运用有限元软件ANSYS和多体动力学仿真软件UM进行联合耦合动力学分析,逐次迭代优化WTMD参数。同时,将有无WTMD的仿真分析得到的钢轨振动加速度和现场实测数据进行对比,研究了WTMD对钢轨振动的影响。最后进行了有无WTMD的钢轨振动总振级、钢轨振动衰减率和3次波磨跟踪测试,研究了WTMD对钢轨振动、钢轨振动衰减率和波磨发展的影响。研究表明:设计的WTMD前3阶振动主频分别为518、700、759 Hz,与车辆通过波磨频率(520~830 Hz)一致;仿真和实测的钢轨振动加速度数据吻合较好,安装WTMD后钢轨振动加速度均方根值由200 g降低为20 g,减振效果为8.1 dB;WTMD可以提高钢轨的垂向和横向振动衰减率,抑制钢轨的垂向和横向pinned-pinned共振;3次波磨跟踪测试发现,WTMD安装后,钢轨波磨发展缓慢,无肉眼可见的波磨。通过以上的仿真和试验都验证了WTMD可以有效地抑制钢轨波磨。

基于灌浆套筒安装的车辆段预制轨道立柱试验研究

为提高地铁车辆段轨道工程的施工效率,减少交叉作业,需研究预制轨道立柱的工程应用。通过设计灌浆套筒连接的预制装配式轨道立柱,并实地建设试验段,进行了轨道预埋套管抗拔试验及轨道立柱水平极限推覆试验。试验结果表明,基于灌浆套筒安装模式的预制轨道立柱承载能力与理论计算结果基本吻合,灌浆套筒连接可靠,其受力性能满足规范要求。根据试验破坏形态,进一步分析灌浆套筒安装轨道立柱的薄弱环节,并针对性优化预制产品设计;根据试验段的建设实践,优化了预制轨道立柱的安装流程。研究表明,预制轨道立柱采用灌浆套筒连接模式,避免了交叉施工,安装方便,受力可靠,能缩短施工工期,便于多个标段、多个施工单位协同工作,能大幅提高施工效率及轨道工程施工质量。

地铁曲线地段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨成因及控制方法

随着地铁列车行驶速度与行车密度不断提高,越来越多的线路出现了钢轨波磨现象,引起了严重的环境振动噪声问题。为研究曲线地段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨的成因,对某地铁线路钢轨波磨情况以及轨道动力响应进行了现场测试,建立曲线地段轮对-钢弹簧浮置板轨道系统有限元模型,探究轮轨间摩擦系数、扣件刚度以及隔振器垂向刚度对钢轨波磨的抑制作用。结果表明,钢弹簧浮置板曲线地段波磨波长为30~50 mm,列车通过该波磨区间时会引起416~694 Hz的振动;轮轨系统位于曲线地段时的不稳定振动主要发生在内轮与内轨之间,导致内轨产生更为严重的钢轨波磨,412.56 Hz的不稳定振动是引起钢弹簧浮置板地段产生钢轨波磨的重要原因;随着曲线半径减小,钢轨波磨产生的可能性增大,特别是列车通过半径小于600 m的曲线时,轮轨间摩擦自激振动十分容易发生;降低轮轨间摩擦系数、增大扣件刚度与隔振器垂向刚度均可有效降低轮轨系统发生自激振动的趋势,从而抑制钢轨波磨的产生与发展;考虑轨道结构减振的需求以及负阻尼比的增长幅度,应优先选择增大扣件刚度的措施来抑制钢轨波磨的产生与发展。

轮轨激励对橡胶垫浮置板轨道减振效果的影响

以某一组临近的普通整体道床和橡胶垫浮置板轨道为研究对象,对比测试振源加速度,同步调研上线运营列车的净运营里程,并开展车轮不圆顺测试,分析不同轮轨不平顺状态下橡胶垫浮置板轨道的减振效果。结果表明:在评价减振轨道的振动控制能力时,除了针对插入损失(或对比损失)开展客观评价外,也需要分析随着轮轨动态激励的增强是否会导致减振轨道段振动响应超过振动限值的问题;测试线路列车车轮呈现明显的7—9阶多边形磨耗特征,且随着轮轨激励的增强,Z振级相对插入损失的评价结果逐渐增大;橡胶垫浮置板轨道分频减振能力的评价结果与不同频段的激振原理直接相关,轨道扣件系统的自振频率(63 Hz)处轮轨动态激励的增加导致普通轨道的隧道壁振动响应增幅更大,该中心频率处的对比损失随着净运营里程的增加而变大。

地铁车辆段有砟道床曲线整正技术研究

基于工程实例,提出一种基于最小方差原理的拨道量优化算法,以更有效地控制曲线正矢。研究道砟捣固作业对线路稳定状态的影响,总结提出道砟捣固质量控制措施。从传统简易拨道算法和拨道量优化算法在现场实际施工中的应用来看,传统拨道算法对轨向不平顺的控制不稳定,受人为计算因素影响大,计算次数多;而拨道量优化算法基本只需要一次计算就能达到较为理想的效果。采取合理的捣固质量控制措施有助于保持轨道短期稳定,延长平面曲线劣化周期,轨道状态的长期劣化趋势也优于普通拨道捣固作业。

地铁下穿古建筑地段装配式无砟轨道振动特性

随着城市轨道交通的高速发展,环境振动问题日益严重,特别是对于古建筑保护地段,振动不可避免地对古建筑产生影响,目前尚缺乏快速城市轨道交通对古建筑的影响研究。基于耦合动力学模型,对比分析古建筑地段一般道床、高等减振道床的振动特性,结果表明:(1)高等减振道床有效降低了古建筑的振动,垂向振动速度减少28%,横向振动速度减少32.3%;(2)高等减振道床对隧道壁的减振效果可达11.29 dB,土体的减振效果达10.78 dB;(3)横向距离振源10~20 m位置为振动不利位置,应避免此处存在敏感地段;(4)列车运行速度对古建筑的振动有较大影响,当列车速度降至80 km/h时,古建筑的振动速度大幅降低,且减振效果最佳。

上盖开发车辆段的库门口振动研究

上盖开发的车辆段轨道减振设计依据环评咨询报告的要求采取减振措施,多以库内线和库外线为界进行划分,库门口通常不采取专项的减振设计。现有已运营线路的库门口多采用碎石道床加铺道口板的设计方案,多个上盖开发项目在建成后存在库门口建筑物的振动远大于库内其他构筑物的情况。选取某个车辆段分别在毛坯房阶段以及加面层与隔墙后阶段的振动值进行测试,数据表明:库门口的振动值大于库内区段,库末端振动值最小。鉴于此,以车辆段库门口设置不同刚度值时对建筑物的振动影响为对象进行仿真分析,通过减振效果、经济性、施工便利性多方面的比选,建议在上盖开发地段的库门口设计为整体道床并铺设减振扣件,刚度宜为15 kN/mm。

地铁车辆段上盖建筑道砟垫减振机理与效果

为了分析道砟垫对上盖建筑的减振效果,对杭州市某地铁车辆段咽喉区、试车线碎石道床(含道砟垫)轨道和上盖建筑振动响应进行现场测试.考虑桩与土体的相互作用,建立列车-轨道-土体-桩-上盖建筑三维全耦合动力学模型,揭示了车辆段列车引起上盖建筑振动传播的规律以及道砟垫对上盖建筑减振的机理,分析不同车速下道砟垫刚度对减振效果的影响.结果发现,上盖建筑底层振动主频为40~80 Hz,高频成分随着层高衰减明显;建筑顶层振动主频为20~40 Hz,低频成分随着层高有增大的趋势.道砟垫对上盖建筑的减振效果随着频率的增大呈整体改善的趋势,40 Hz以上的频段,结构最大插入损失可达7~12 dB.车速越高,道砟垫刚度越小,道砟垫对上盖建筑的减振效果越好.综合考虑道砟垫压缩量和减振效果,建议道砟垫刚度取值为0.012~0.024 N/mm^(3).

基于组合赋权法和灰色聚类的轨道质量状态评价

轨道质量状态评价对列车的安全运行以及养护维修具有重要意义,基于博弈论的组合赋权法和灰色聚类构建轨道质量状态评估模型。该模型首先提出包含轨道几何状态和结构状态的综合评价指标体系;其次,利用博弈论在层次分析法、熵权法和变异系数法之间寻求决策最优解,得到各指标主客观权重以及组合权重;在此基础上,再利用灰色聚类根据最大隶属度原则对轨道质量状态进行评价;最后,通过实例分析对该评价模型进行验证并开展研究。研究结果表明,经模型计算的8个轨道单元评价结果中优良比例为75%,并与成都地铁检查的评价结果进行比较基本一致,而单独采用某一种权重方法受主客观影响较大,与实际结果有偏差,进而验证了该模型的指标体系和方法的科学性、合理性,并给出了进一步研究优化的方向。

地铁运行引发临近建筑群低频微振动及传递规律研究

随着城市建筑群的飞速建设,由地铁运行引起的建筑群低频微振动问题越来越突出。本研究依托成都某建筑群项目,研究地铁运行对土体及建筑群振动的影响。考虑轮轨非线性动力相互作用、土体分层特性、土体‑建筑相互作用关系等因素,建立地铁列车‑轨道‑隧道‑土体‑建筑群耦合动力学模型;通过现场测试掌握地铁振动源强特征,并对模型进行验证;在此基础上研究地铁动荷载下土体振动的空间传播规律及不同土层界面处的局部振动特性;评估地铁运行对建筑群的影响。研究表明:建立的动力学模型可有效用于研究地铁运行下建筑群低频微振动问题;实测隧道壁加速度卓越频率为31.5~80 Hz,实测隧道壁VL_(zmax)(最大z振级)主要在70.3~71 dB,实测道床VL_(zmax)则在94.3~125 dB;随着振动波在土体中向上传递,振动能量逐渐衰减,但是在地表附近存在一定的振动放大;土体对80 Hz以上的振动具有较强的吸收能力,随着振动横向传播距离的增大,VL_(zmax)近似线性减小;该建筑群中的住宅楼和商业楼均未出现振动超标。

柔性轮对作用下浮轨式扣件轨道动力特性分析

浮轨式扣件是一种高等减振扣件,在我国地铁线路服役后出现钢轨短波长波磨,导致显著的车内振动噪声。为探明浮轨式扣件轨道动力特性,利用有限元软件ABAQUS建立浮轨式扣件轨道结构三维实体有限元模型,采用模态分析和谐响应分析研究柔性轮对作用下的轨道动力特征。结果表明:周期性离散支撑轨道的简化截断边界引起的高频振动波反射效应对轨道动力特性影响明显,浮轨式扣件轨道模型长度涵盖大于80个承轨台间距后可忽略边界波反射的影响;轨道结构在80 Hz以下主要表现为钢轨和道床板整体的弯曲和扭转振动,大于80 Hz的轨道振动表现为钢轨相对道床板的弯曲和道床板自身的弯曲及扭转振动;轨道垂向动力特性在500 Hz以内受单个轮对作用的接触刚度和质量效应影响显著,而在钢轨一阶垂向pinned-pinned共振频率之后受柔性轮对与接触刚度的耦合作用影响甚微;考虑双轮对加载后,转向架双轮对间钢轨会出现局部弯曲振动特征;轨道垂向动力特性在车轮一阶弯曲、车轮二阶弯曲和车轮伞向模态影响下出现谐波峰值。