地铁列车-钢弹簧浮置板轨道耦合系统的理论与实测研究

摘要

随着城市轨道交通的发展，地铁运行产生的环境振动日益受到人们的重视。轨道结构作为减振降噪的第一道屏障，在减振降噪方面起着重要作用，其中钢弹簧浮置板轨道结构是公认减振降噪效果最好的一种轨道结构形式。本文对地铁列车-刚弹簧浮置板轨道耦合动力作用的理论与现场实测进行了研究。
　　首先，针对Timoshenko梁不能考虑宽度效应而二维板理论计算过于复杂的缺点，引入了Mindlin板梁理论，该理论是基于Mindlin板理论退化而来，能够考虑宽度效应的影响。通过算例对该理论的自振特性进行了研究，同时研究了板梁在Winkler地基上的振动特性。经分析，Mindlin板梁理论对于宽扁梁结构（或窄板结构）有良好的适用性。
　　接着，以Mindlin板梁理论模拟浮置板，建立了列车-钢弹簧浮置板轨道竖向振动耦合动力学模型。推导了模型的动力控制方程，其中轮轨接触采用线弹性接触方式、钢轨的扣件和浮置板的钢弹簧均采用离散分布的弹簧阻尼进行模拟。采用模态叠加法将列车、钢轨和浮置坂方程转化为一系列耦合的常微分方程组，应用Newmark法逐步积分，分析了浮置板轨道系统的动力响应特性，同时对于浮置板的长度、弹簧刚度和车速等重要参数对系统动力特性的影响进行了对比分析。
　　最后，对杭州地铁的钢弹簧浮置板减振段区间进行了原位振动测试。现场实测了钢轨的振动加速度和浮置板的振动加速度。通过数据分析，得出钢轨和浮置板的振动加速度量级、频率分布及两者的Z振级，验证了浮置板轨道系统良好的减振性能。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景与意义

1．1．1 地铁的发展与现状

1．1．2 存在的问题

1．1．3 地铁钢弹簧浮置板轨道系统

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 现有研究的不足之处

1．3 本文研究内容及创新点

1．3．1 本文研究内容

1．3．2 本文创新点

2 Mindlin板梁基本理论及自振性能分析

2．1 背景及研究思路

2．2 Mindlin板粱的动力控制方程

2．3 Mindlin板粱的自由振动分析

2．3．1 模态函数

2．3．2 边界条件及特征方程

2．3．3 数值算例及分析

2．4 弹性地基板粱的自由振动分析

2．4．1 模态函数及特征方程

2．4．2 数值算例及分析

2．5 本章小结

3 列车—浮置板轨道耦合动力分析

3．1 背景及研究思路

3．2 模型介绍

3．3 理论模型及动力方程推导

3．3．1 列车部分

3．3．2 钢轨部分

3．3．3 浮置板部分

3．3．4 轨道结构部分方程的求解

3．3．5 列车-浮置板轨道系统的耦合方程

3．4 数值算例

3．4．1 浮置板轨道系统动力特性分析

3．4．2 浮置板主要参数对轨道系统动力特性的影响

3．5 本章小结

4 地铁-浮置板轨道振动实测分析

4．1 测试背景

4．2 测试内容及步骤安排

4．2．1 测试内容

4．2．2 传感器选择

4．2．3 安装位置选定

4．2．4 安装步骤简述

4．3 测试结果

4．3．1 钢轨振动

4．3．2 浮置板振动

4．3．3 钢轨与浮置板Z振级对比

4．4 与理论结果的比较

4．4．1 钢轨振动的比较

4．4．2 浮置板振动的比较

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

附录

参考文献

作者简历