随着城市规模的不断扩大,各大城市都在积极地建设地铁等城市轨道交通以缓解交通压力,城市轨道交通的发展给居民的日常出行带来了极大的方便,但是地铁车辆运行过程中产生的振动噪声问题及安全问题也引起了人们的广泛关注。车轮多边形和钢轨波磨会加剧车辆和轨道结构的振动,进而导致严重的振动噪声问题甚至威胁行车安全。P2共振频率是车辆轨道系统固有频率之一,定义为簧下质量与轨道质量在轨道弹性系统上的共振,其不仅可引发车轮多边形和钢轨波磨的发生和发展,而且可能与车辆及轨道结构部件固有频率一致导致车辆和轨道部件的疲劳伤损。因此弄清地铁车辆轨道系统P2共振特性对解决由P2共振引起的振动噪声问题及安全问题有重要意义。本文基于两条地铁线路(线路A和线路B)的现场调查及数值模拟,对地铁车辆轨道系统P2共振特性进行分析,主要研究工作和结论如下:(1)对车辆轴箱振动加速度分析发现,线路A普通短轨枕整体道床轨道、双层非线性减振扣件整体道床轨道、中量级钢弹簧浮置板轨道、重量级钢弹簧浮置板轨道四种轨道结构的P2共振频率分别约为64 Hz、53 Hz、58~75 Hz及66 Hz。线路B普通短轨枕整体道床轨道、12 mm厚橡胶垫层弹性短轨枕整体道床轨道、18 mm厚橡胶垫层弹性短轨枕整体道床轨道三种轨道结构的P2共振频率分别约为60 Hz、38 Hz及34 Hz。(2)现场测试及分析发现,线路A车辆车轮普遍存在的5~8阶多边形磨耗的激振频率与P2共振频率一致;线路B中普通短轨枕整体道床轨道的钢轨波磨及车辆一系钢弹簧断裂也可能与P2共振有关。(3)建立了普通短轨枕整体道床轨道有限元模型,并进行模型验证。分析扣件刚度和地基刚度变化对钢轨一阶垂向弯曲频率的影响,发现扣件刚度变化对钢轨一阶垂向弯曲频率影响较大,而地基刚度变化对钢轨一阶垂向弯曲频率影响较小,故可通过Winkler地基梁理论由现场力锤测试得到的钢轨一阶垂向弯曲频率反推扣件刚度。(4)建立了簧下质量-普通短轨枕整体道床轨道耦合系统有限元模型,分析簧下质量、扣件刚度、地基刚度和轨枕间距对P2共振频率的影响。结果表明:地基刚度对P2共振频率影响较小;簧下质量、扣件刚度和轨枕间距对P2共振频率影响较大,P2共振频率随簧下质量的增大而减小,随扣件刚度的增大而增大,随轨枕间距的增大而减小。(5)建立了钢弹簧浮置板轨道、弹性短轨枕整体道床轨道及有砟轨道三种轨道的簧下质量-轨道耦合系统有限元模型,分析轮轨参数变化对P2共振频率的影响,结果表明,簧下质量、扣件刚度及枕下刚度对P2共振频率影响较大。P2共振频率随簧下质量的增大而减小,随扣件刚度和枕下刚度的增大而增大。