【摘 要】
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近年来,我国城市高架轨道发展迅猛,但列车运行时产生的振动和噪声会直接辐射到环境中,影响居民的工作和生活。因此,研究高架线及其下部轨道结构振动能量的传递特性十分重要。在轨道结构中采用减振措施可有效减小振动,但现有研究在进行隔振设计时,忽略了不同隔振元件之间的制约作用。这会导致被有效隔离的能量积聚在某层子系统的上部,进而引起轨道结构振动或部件损伤。功率流包含了力和速度及两者之间的相位信息,可从能量角度
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近年来,我国城市高架轨道发展迅猛,但列车运行时产生的振动和噪声会直接辐射到环境中,影响居民的工作和生活。因此,研究高架线及其下部轨道结构振动能量的传递特性十分重要。在轨道结构中采用减振措施可有效减小振动,但现有研究在进行隔振设计时,忽略了不同隔振元件之间的制约作用。这会导致被有效隔离的能量积聚在某层子系统的上部,进而引起轨道结构振动或部件损伤。功率流包含了力和速度及两者之间的相位信息,可从能量角度来描述系统内部振动的传递关系,为隔振提供了新思路。本文基于功率流法分析了简单隔振系统以及高架轨道多层隔振系统的振动传递特性,主要研究内容如下:1.总结了国内外在高架轨道振动问题方面的研究成果,概括了轨道振动建模方法、振动控制措施以及功率流理论的研究现状,并对高架轨道减振研究中的不足进行了总结。2.研究了功率流在单层隔振系统中的传递特性。在单层隔振系统中,当激励频率和系统隔振元件参数（刚度或阻尼）同时发生变化时,平均输入功率随隔振参数的变化规律不再一致。实际中可根据系统所受外部载荷的激励频率,合理调整系统的刚度和阻尼,来减小输入至系统的能量。3.研究了双层隔振系统和三层隔振系统有限元模型的功率流传递特性。结果表明当系统中某层隔振元件参数变化时,不仅会影响输入至本层的功率流,还会影响输入至其他层的功率流,但对输入至其他层功率流的影响程度小于本层。4.验证了高架轨道多层隔振系统模型的有效性。建立高架轨道多层隔振系统有限元模型,计算列车通过时各层振动加速度响应,然后对我国某城市高架线进行现场测试,结果表明钢轨振动的峰值频率为430～730Hz;道床振动的峰值频率为40～75Hz以及400～450Hz;桥梁振动的峰值频率为35～100Hz。振动从钢轨传递到道床时衰减约为18d B,而进一步向桥梁传递时衰减约为30d B。将仿真和实测结果进行对比,验证了模型的有效性。5.分析了高架轨道结构参数对能量分布以及传递的影响规律,基于研究结果,得出较优的扣件、轨道板支承以及桥梁支座刚度和阻尼的匹配方式。如可适当增加轨道板支承的刚度,同时搭配低刚度的扣件系统来满足高架轨道线路沿线较高的隔振需求;可适当增加轨道板支承阻尼,但不能过大,不然不利于高频激励的减振,同时匹配中等级阻尼的扣件系统以便满足轨道综合减振需求。研究结果对于实际轨道交通高架桥线路中隔振措施刚度和阻尼的设计选型具有借鉴意义。
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