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目前高架轨道是城市轨道交通的主要结构型式之一,为分析其结构振动特性,通过建立高架轨道垂向振动解析梁模型和有限元模型,采用动柔度法计算高架桥速度导纳和轨道速度导纳,并分别考虑桥梁支座刚度、桥梁截面形状对高架桥振动的影响以及高架桥基础和扣件刚度对轨道结构振动的影响。结果表明,桥梁支座刚度和截面形状在低频段对高架桥的振动有较大的影响,在高频段影响较小;高架桥结构对轨道的振动在20 Hz以下有明显的影响,在20 Hz以上基本没有影响;提高扣件刚度有利于减小轨道的竖向振动,但同时增大了轨道的固有频率。
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第 30卷第 6期
2013年 12月
Vol. 30 No. 6
Dec.,2013
华 东 交 通 大 学 学 报
Journal of East China Jiaotong University
文章编号:1005-0523(2013)06-0001-05
收稿日期:2013-08-04
基金项目:国家自然科学基金项目(U1134107);江西省普通本科高校科技落地计划项目
作者简介:曾钦娥(1990-),女,硕士研究生,研究方向为铁路环境振动与噪声。
高架轨道结构振动特性分析
曾钦娥
1
,毛顺茂
2
,雷晓燕
1
(1. 华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心,江西 南昌 330013;2. 南昌轨道交通集团有限公司,江西 南昌
330038)
摘要:目前高架轨道是城市轨道交通的主要结构型式之一,为分析其结构振动特性,通过建立高架轨道垂向振动解析梁模型
和有限元模型,采用动柔度法计算高架桥速度导纳和轨道速度导纳,并分别考虑桥梁支座刚度、桥梁截面形状对高架桥振动
的影响以及高架桥基础和扣件刚度对轨道结构振动的影响。结果表明,桥梁支座刚度和截面形状在低频段对高架桥的振动
有较大的影响,在高频段影响较小;高架桥结构对轨道的振动在 20 Hz 以下有明显的影响,在 20 Hz 以上基本没有影响;提高
扣件刚度有利于减小轨道的竖向振动,但同时增大了轨道的固有频率。
关键词:高架轨道;速度导纳;支座刚度;截面形状;扣件刚度
中图分类号:U491.9+3 文献标志码:A
高架轨道是我国城市轨道交通的主要结构型式之一,大多穿越或者位于居民区,相关研究表明,与普
通路面轨道相比,高架轨道交通线路侧 15 m 处的总噪声级可增加 2~20 dB(A)
[1]
。因此,高架轨道产生的振
动与噪声对周围环境的影响变得十分突出,有必要对高架轨道的振动特性进行分析,这将有利于优化桥梁
结构设计,促进城市轨道交通的发展。
针对高架轨道引起的环境振动与噪声问题,国内学者已进行了一定的研究工作,文献[2-5]采用有限
元法建立了轨道-高架桥三维振动模型,分析了轨道垂向动力传递特性和桥梁的动力响应;杨广军
[6]
建立
了车辆、轨道和桥梁系统方程,分析了轨道板结构参数对车桥系统振动的影响;李晶
[7]
通过数值计算研究了
钢轨扣件刚度、阻尼参数以及车辆速度对传递到高架桥的振动功率流的影响;李增光,吴天行
[8]
对城市轨道
交通车辆引起桥梁振动和辐射噪声进行理论分析和数值模拟。为分析高架轨道垂向振动特性,文章分别
建立了高架桥和轨道-高架桥耦合系统的解析梁模型与有限元模型,讨论了桥梁支座刚度、桥梁截面形状
对高架桥振动特性的影响以及高架桥基础和扣件刚度对轨道振动特性的影响,期望对高架轨道结构设计
起到一些参考作用。
1 理论分析与模型建立
高架轨道结构模型如图1 所示,钢轨由扣件直接连接于高架桥上,钢轨简化为无限长的Euler-Bernoulli
梁,扣件简化为离散分布的带结构阻尼的弹簧
[8]
,桥梁视为有限长自由梁,由 4 个弹性支座置于桥墩,桥墩
假设为刚性。仅考虑一跨结构,桥上铺设双线轨道,忽略两条轨道之间的相互影响,仅取右侧轨道和高架
桥作为研究对象。采用动柔度法研究轨道的垂向振动,动柔度即单位简谐载荷
F(ω)
作用下在其作用点处
引起的位移
Y(z)
。即
r = Y(z)/F(ω)
(1)
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